纳米催化医学

p 　　癌症是少数现代医学仍然无法攻克的疾病之一，癌细胞以其复杂多样的代谢方式和生态微环境给癌症治疗带来极大的困难。在目前癌症的治疗策略中，化疗仍是最常用的手段之一。但常规的癌症化疗，在高毒性的药物作用于全身造成强烈毒副作用的同时，病灶的药效却随之大幅降低。事实上，强毒副作用与低化疗效果成为了癌症病人的主要死亡原因之一。因此，开发无毒、安全和高效的癌症治疗体系尤为重要。 /p p 　　近日，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员施剑林、陈雨带领的科研团队提出了“纳米催化医学”的新型肿瘤治疗策略，利用多元化、高选择性和高特异性的催化反应实现安全、无毒药物在肿瘤区域微环境刺激下原位转化为有毒物质，从而达到选择性杀死肿瘤细胞而不对正常组织产生毒副作用的目的。最新的一项将纳米催化医学策略成功应用于肿瘤治疗的工作发表在《自然-通讯》上。 /p p 　　在该项工作中，研究团队合成了一种枝状介孔二氧化硅纳米粒子作为药物输运系统载体，依次负载直径2 nm的超小四氧化三铁纳米粒子和葡萄糖氧化酶，构建一种新型的纳米催化剂。该纳米催化剂中的葡萄糖氧化酶是一种高活性有机酶，且四氧化三铁纳米粒子是一种高效、高稳定性的Fenton反应催化剂。该催化剂利用肿瘤细胞内旺盛的葡萄糖原料和微酸性代谢环境，连锁地进行高效的生物酶催化反应和化学Fenton催化反应。在第一步生物酶催化反应中，葡萄糖氧化酶选择性地催化肿瘤内的d-葡萄糖生成过氧化氢与葡萄糖内脂。过氧化氢作为下一步化学Fenton催化反应的反应物，在酸性条件下被四氧化三铁催化生成高毒性的活性氧物种-羟基自由基。高毒性的羟基自由基可以诱导肿瘤细胞的凋亡，在实现杀死肿瘤细胞的同时，不对正常的组织和器官造成损害。体内动物实验结果显示，该纳米催化剂对健康的小鼠在1个月的时间内没有不良影响，表明其具有良好的体内生物安全性。在荷瘤鼠的体内治疗毒性研究中发现，其对于4T1乳腺癌肿瘤和U87脑胶质瘤肿瘤的抑制效率分别达64.67%和57.24%，表明该纳米催化剂具有较好的肿瘤杀伤和抑制能力。 /p p 　　此外，该团队利用瘤内催化反应策略，开展了不同的无毒副作用肿瘤化疗的系列前沿探索工作。如利用介孔氧化硅纳米颗粒作为载体，将无毒的金属朴啉分子输运至癌症病灶，在常规的超声外场作用下，瘤内催化产生大量单线态氧自由基，安全高效杀灭肿瘤(J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 1275-1284)。该团队还合成得到无毒的非晶铁纳米颗粒，进入肿瘤后，这种纳米颗粒在肿瘤弱酸性环境下释放出二价铁离子，催化肿瘤过表达的过氧化氢，原位产生活性氧组分，同样达到安全高效杀灭肿瘤的目的(Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 2101-2106)。这些工作为未来的肿瘤精准治疗提供了全新的路径。 /p p 　　该研究工作得到了国家重点研发计划“青年科学家”专项(纳米专项)、国家自然科学基金、中国化学会青年人才托举工程以及中科院青年创新促进会等的资助和支持。 /p p style=" text-align: center " img title=" 1.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/insimg/c586eb99-c6e8-41c8-b2e9-73c1aa46ffde.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 基于纳米催化剂的连锁催化反应用于肿瘤治疗的示意图 /strong /p p 　　论文题目：Tumor-selective catalytic nanomedicine by nanocatalyst delivery /p p 　　 /p p & nbsp /p

近日，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心研究员刘洪阳、博士研究生孟凡池等，与北京大学教授马丁、辽宁大学教授夏立新、香港科技大学教授王宁、中科院上海应用物理研究所研究员姜政、中科院山西煤炭化学研究所研究员温晓东等合作，精准调控亚纳米尺度Cu金属团簇结构，构建出亚纳米尺度下原子级分散且全暴露Cu3团簇纳米酶，其表现出优异的模拟氧化酶活性与抗菌性能。相关研究成果在线发表在《应用催化B：环境》（Applied Catalysis B: Environmental）上。 　　随着现代社会发展，越来越多的病菌随之出现，威胁人类健康，寻找新型抗菌材料刻不容缓。纳米酶是一类具有模拟酶催化活性的纳米材料，因强大多样的酶催化活性而备受关注。研究发现一些纳米酶具有模拟氧化酶、过氧化物酶等催化活性，其产生的活性氧物质可以有效地灭活细菌。目前，构建具有优异模拟酶催化活性的新型纳米酶研究存在挑战。与单原子催化剂相比，亚纳米尺度原子级分散且完全暴露的金属团簇催化剂不仅能提供相邻的金属原子作为催化位点，而且能保持充分的原子利用效率，提供了多种结构可能性和催化可行性。将这种原子级分散且完全暴露的金属团簇催化剂应用于抗菌领域，可有效提升抗菌性能，保护人类健康。 　　刘洪阳团队致力于亚纳米尺度金属催化材料的设计与应用研究。在前期研究工作基础上，科研团队在纳米金刚石-石墨烯杂化载体上构造了亚纳米尺度完全暴露Cu金属团簇，经球差电镜（图1）分析表明，原子级分散且完全暴露的Cu3团簇（Cu3/ND@G）锚定在富缺陷石墨烯表面。密度泛函理论（DFT）计算结果表明（图2），亚纳米尺度原子级分散且完全暴露的Cu3团簇作为活性中心有利于O2的吸附，从而促进催化O-O键断裂形成活性氧物质(OH)，显著提高了Cu3/ND@G纳米酶的模拟氧化酶样活性。与Cu单原子纳米酶（Cu1/ND@G）和Cu纳米颗粒纳米酶（Cu-NPs/ND@G）相比，亚纳米尺度完全暴露且原子级分散的Cu3金属团簇纳米酶表现出优异的模拟氧化酶活性（Kcat=1.474×10-1s-1）。这种完全暴露且原子级分散的Cu3金属团簇纳米酶在NaAc缓冲液（pH4.5）中具有≥99%的抗菌率（图3），其结构和优异的抗菌性能（图4）显示了在生物医学、微生物防腐等领域的潜在应用价值。 　　研究工作得到国家重点研发计划纳米专项青年科学家项目、国家自然科学基金委员会企业创新发展联合基金重点项目/碳基能源重大研究计划重点项目/国际合作中港联合基金项目/面上项目、辽宁省“兴英才计划”、沈阳材料科学国家研究中心青年人才项目与企业合作项目的资助，并获得上海同步辐射光源的支持。 图1.A、B：Cu纳米粒子（Cu-NPs/ND@G）的球差电镜表征；C、D：亚纳米尺度Cu3金属团簇（Cu3/ND@G）的球差电镜表征　　图2.Cu3/ND@G各种中间体沿模拟氧化酶反应路径的优化吸附构型与Cu3/ND@G、Cu-NPs/ND@G模拟氧化酶机理的自由能图，灰色、棕色、红色和白色的球分别代表C、Cu、O和H原子　　图3.生长抑制试验：将不同的材料和大肠杆菌菌液孵育后涂在LB琼脂平板上，用A、空白，B、ND@G，C、Cu-NPs/ND@G，D、Cu3/ND@G处理。培养条件：37℃、24小时图4.亚纳米尺度下Cu3金属团簇活性中心结构与抗菌性能示意图

本报讯（记者李禾）记者7月3日从华东理工大学获悉，我国首台具有自主知识产权的多功能纳米光催化空气净化器在该校国家超细粉末工程研究中心研制成功。该净化器对室内空气中病菌杀菌效果可达99.9%，双重光催化对甲醛、苯等去除率达90%，除尘率达95%以上，并可有效控制甲型H1N1流感病菌在空气中的传播。 　　据悉，目前市场上销售的一般空气净化器为物理吸附型，没有从根本上去除污染物或处理不干净；由于大部分净化器采用活性炭，时间一长会产生吸附饱和，造成污染物的脱落，产生二次污染。 　　据上海市环境保护产品质量监督检验总站的报告，多功能纳米光催化空气净化器采用纳米材质，核心模块不需更新；具有光催化、紫外线和除尘系统三重杀菌功能，采用纳米光催化的机理和大比表面积、高吸附性能的载体来负载纳米二氧化钛制备光催化网，可发挥高效物理吸附和光催化分解的协同效应，实现对甲醛、苯等有机污染物的持久分解和对甲型H1N1流感等病菌的及时杀灭，并把有机污染物快速分解成二氧化碳和水，消除了物理吸附饱和及二次污染的缺陷。 　　此外，该净化器设计了人性化的液晶显示板，能自动检测室内空气质量，并根据空气质量优劣，液晶显示板自动呈现不同颜色：“红色”提示当前室内空气质量差，“蓝色”为中等，“绿色”为优良；而智能控制系统，可根据室内空气质量的不同自动调节出风量，实现节能，又能让空气时时保持清净状态；其负氧离子释放功能，每秒可释放出过百万负氧离子，将空气中极小微尘净化，营造清新气息。

中国拥有自主知识产权的多功能高效纳米光催化空气净化器近日在上海研制成功。 　　既能高效杀灭病菌、又能快速深度降解挥发性有机物(TVOC)的纳米光催化空气净化器，由设在华东理工大学的国家超细粉末工程研究中心与上海交通大学联合研制。 　　这种净化器具有光催化杀菌、紫外线杀菌、除尘系统杀菌等三重杀菌功能，并采用大比表面积、高吸附性能的载体来负载纳米二氧化钛制备光催化网，可以发挥高效物理吸附和光催化分解的协同效应，实现对甲醛、苯等有机污染物的持久分解和对病菌的及时杀灭，消除了物理吸附饱和及二次污染的缺陷。 　　上海市疾病预防控制中心的检测结果表明，它对室内空气中病菌的杀灭率高达99.9%。有关权威部门的检测同时表明，挥发性有机化合物的去除率高达90%，除尘率达到95%以上，净化效率大大高于国家标准。 　　这种多功能空气净化器设计了人性化的液晶显示板，能自动检测室内空气质量，并根据空气质量的优劣，液晶显示板会自动呈现不同颜色：“红色”提示当前室内空气质量差 “蓝色”提示室内空气质量中等 “绿色”提示室内空气质量优良。 　　净化器的智能控制系统，可根据室内空气质量的不同自动调节出风量，既实现节能，又能让室内空气时时保持在清净的状态。其负氧离子释放功能，每秒可释放出过百万的负氧离子，将空气中极微小的微尘净化，营造森林般的清新气息。 　　据科研人员介绍，室内空气污染物主要有挥发性有机物等气体污染物、微生物污染物、固体颗粒污染物等三类污染物。室内空气品质欠佳，对健康十分有害。

金三角催化活性位动态变化过程及催化反应前后形貌变化　　在能源催化领域，对纳米粒子活性位分布及动态变化的认识是设计催化材料和提高能源催化效率的关键。　　近日，中国科学院先进化学电源实验室徐维林课题组及美国A. Paul Alivisatos课题组利用动态光学超分辨成像技术，对纳米粒子不同位点催化过程中的荧光信号的进行跟踪，获取了Sb修饰的TiO2纳米棒及金三角不同位点的活性信息及随时间依赖关系(PNAS 2015 , doi:10.1073/pnas. 1502005112)。　　该课题组对Sb修饰的二氧化钛纳米棒及金三角催化过程中的活性位跟踪，发现纳米粒子缺陷处具有更高的催化活性，但是其稳定性较差，如端点及角的位置活性位具有低活长效性的特点，而在中间部位活性位具有高活稳定性的特点。尤其是有一些活性位呈现出“自愈”现象，即催化位点失活后由于吸附物种的脱附重新体现出催化活性，这一发现对于指导催化剂合成具有重要意义。　　该工作获得973 项目、自然科学基金、“青年千人计划”及美国能源部支持。　　(能源催化过程课题组)

红外光谱是研究催化过程的有力工具，能够识别与催化剂性能和催化环境相关的化学物质，有助于深入理解催化机理。然而，传统红外光学显微镜受制于衍射极限，仅能提供微米级的空间分辨率。对于具有纳米级空间异质性的催化剂，传统红外技术无法有效地解析其构效关系。基于原子力显微镜（AFM）的纳米红外技术（nano-IR）能够克服光学衍射极限，利用金属AFM针尖聚焦红外光，实现纳米尺度的电磁场增强，在针尖水平上测量光-质相互作用，进而研究微观水平的催化过程。这些技术包括测量光学信号的散射型扫描近场光学显微镜（s-SNOM）和测量光生力信号的光热诱导共振显微镜（PTIR）、光诱导力显微镜（PiFM）以及峰值力红外显微镜（PFIR）。尽管已经有一些开创性的工作，AFM-IR技术仍未充分应用于催化过程的研究中。催化过程是动态的变化过程，涉及复杂的传质、物质转化、电子转移和能量交换。亚单层水平的活性物质在不同形状、尺寸、晶面和多相组分的催化剂上通常表现出不同的行为。这些行为又进一步受到如温度、气体/液体环境（包括pH、溶剂和溶剂化物浓度、载体等）、电场和磁场、光和机械力等因素的调控。AFM-IR提供的纳米红外成像和纳米红外光谱对分析催化剂异质性和特定位点方面具有独特优势，而催化过程的复杂性对AFM-IR技术的灵敏度、时间和空间分辨率又提出了挑战。近期发表在The Journal of Physical Chemistry Letters上的“Atomic Force Microscopy-Based Nanoscale Infrared Techniques for Catalysis” 回顾了近年来应用纳米红外开展的催化过程研究，并总结了将纳米红外技术用于研究催化过程所面临的挑战以及发展方向。该论文第一作者为李剑博士，通讯作者为夏兴华教授。

近日，南开大学化学学院教授陈军带领的课题组在尖晶石型电催化纳米材料研究方面取得了重要进展，研究成果以论文形式发表于《自然》(Nature)系列期刊的《自然-化学》杂志(Nature Chemistry)。该研究得到了科技部、教育部、国家自然科学基金委员会、天津市科委和中央高校科研基金的支持。 　　尖晶石类化合物广泛应用于电、磁、催化、能量储存与转化等不同领域，传统方法制备需要较高的加热温度和较长的反应时间，合成步骤复杂，并且产物粒径大、比表面积小、电化学活性低。南开大学的这项研究将理论与实验有机结合，发展了一种可控的基于还原-转晶新合成方法，在室温和常压条件下实现了锰系尖晶石纳米材料的快速制备。新合成方法步骤简单，有利于节能减排，对氧还原/氧析出反应展现出良好的电化学催化性能，在新能源的金属-空气电池、燃料电池等方面有很好的应用前景。

一、胶原纤维研究 胶原纤维是人体各种器官（如骨、肌肉）中关键的组成成分之一。胶原纤维拥有复杂的微纳生物结构，这种结构的有序排列使胶原纤维能够表现出优异的生理性能，同时，这种结构的改变会导致其生理特征的急剧变化。劳损、骨折等常见疾病的发病机理就与胶原微纳结构变化密切相关。如何观测并理解胶原纤维微纳尺度的结构变化是治疗相关胶原类疾病的关键所在。 近日，中国科学院物理研究所陈佳宁课题组利用散射式近场扫描显微镜（IR-neaSCOPE）对胶原纤维进行纳米分辨率红外扫描成像。该研究通过在组织切片表面近场测量紧凑排布的胶原纤维簇，对胶原纤维的纳米周期性横纹结构进行量化分析，并观察到胶原纤维发生的横纹倾斜现象。该研究借助胶原晶格模型解释其现象的产生机理，揭示了胶原纤维内部分子间可能存在的滑移位错形变。 该结果有助于人们理解胶原结构失序时胶原纤维可能发生的纳米结构变化，为解读胶原类疾病的发病机理提供了新思路。同时，该工作展示了s-SNOM在生命科学中对于生物微纳尺度结构研究的广阔应用前景。相关结果发表在近期的《Nano Research》上。该工作得到了重点研发计划、自然科学基金，中国科学院战略重点研究计划的资助。 二、生物催化（MOF体系）研究 生物催化转化在生物体中，如多酶催化联，在不同的细胞膜区隔的细胞器中高效率地进行。然而，在自然系统中模拟生物催化联过程仍然具有挑战性。 近日，华东师范大学李丽老师课题组报道了多壳金属有机骨架（MOF）可以作为一种层次化的支架，在纳米尺度上对酶进行空间组织，以提高联催化效率。 研究人员通过外延逐壳过生长的方法将多壳MOF包裹在多酶上，其催化效率是溶液中游离酶的5.8~13.5倍。重要的是，多壳MOF可以作为一个多空间隔室的纳米反应器，允许在一个MOF纳米颗粒中物理分隔多个酶，以便在一个锅中进行不相容的串联生物催化反应。研究人员使用纳米傅立叶变换红外光谱(Nano-FTIR)来解决与多壳MOF中的酶相关的纳米振动活性的不均一性。多壳MOF能够根据特定的串联反应路线方便地控制多酶的位置，其中载酶1和载酶2的壳沿内到外壳的紧密定位可以有效地促进质量传递，从而促进高效的串联生物催化反应。 这项工作有望为设计高效的多酶催化联反应提供新的思路，以鼓励其在许多化工和制药工业过程中的应用。 三、原位液相活体细胞研究 近日，德国attocube systems AG的工程师Korbinian联合德国慕尼黑大学Fritz Keilmann课题组报道了基于散射型纳米红外成像与光谱技术在液相环境关于纳米颗粒和活体细胞的定量研究。纳米红外光谱与成像的液相探测基于一个由10 nm厚度的SiN薄膜和金属液相池组成，通过扫描探针在针形成有效的红外探测近场对吸附（浸润）在SiN另一侧的纳米颗粒或活体细胞进行原位液相扫描。 液相原位纳米红外成像与光谱下的A 549癌细胞 这项工作是基于反射式光路的散射型扫描近场显微镜（s-SNOM）和nano-FTIR建立的原位液相样品池，通过搭配波长可调谐的红外激光器，有希望拓展从近红外（特别是近红外II区）到中红外（全指纹区覆盖）乃至远红外的全红外波段的液相环境下材料和细胞的纳米尺度探测。

2021年10月9-10日，2021年第四届低维材料应用与标准研讨会（简称:LDMAS2021）在北京西郊宾馆成功召开。会议吸引了低维材料与器件相关领域的400余名专家学者与企业代表出席，云端参会人数超过1万人。10日下午，5个不同主题的分论坛同期举办，吸引了相关领域与会者的热烈关注。纳米能源与催化材料分会场共设置16个特邀报告和6个口头报告，精彩纷呈。以下为部分精彩报告摘要。报告题目：《缺陷水滑石基纳米光催化材料》中国科学院理化技术研究所研究员 张铁锐目前全球正面临比较严重的能源和环境问题，绿色的光催化技术被认为是解决上述问题的有效手段之一，而发展高效、廉价的光催化材料是光催化技术工业实用化的关键。光催化领域水 滑石基纳米材料因组成结构易于调控、制备简便等优点而备受关注。近两年，张铁锐研究员课题组通过在水滑石表面创造缺陷位和构造界面结构的手段，分别实现了对反应物CO2、N2等吸附和活化的增强，以及中间反应物种反应路径的调控，进而提升了光催化CO、CO2和N2加氢反应的催化活性和生成高附加值产物的选择性。报告题目：《典型二维材料在下一代锂电池中的应用展望 》清华大学长聘教授 张强金属锂因其具有极高的理论比容量（3860 mAh g−1 ）和最低的标准电极电势（−3.040 V） 而成为下一代锂二次电池（如锂硫、锂空电池等）最为理想的负极材料。然而，金属锂枝晶问题和不稳定的固液界面膜（SEI膜）问题极大地限制着金属锂电池的发展和应用。如何充分利用与之高效匹配的正极材料也是构筑下一代电池的关键。报告展示了典型二维材料在下一代锂电池中的应用展望，分析二维材料实现下一代锂电池有效利用的原理和方法，进而成就二维材料在能源存储与转化的实际应用。报告题目：《界面工程构建高性能复合电催化剂》浙江大学研究员 孙文平基于可再生能源的电解水制氢和氢燃料电池技术是发展绿色氢能经济、实现碳中和的关键技术。开发低成本、高性能的电催化剂材料是促进电解水制氢和燃料电池技术大规模产业化应用的重要基础。孙文平研究团队基于界面工程发展了一系列兼具高稳定性和高活性的负载型异质结构电催化剂体系。研究发现，构筑富含高活性界面的负载型催化剂是提高贵金属催化活性、稳定性及原子利用率的有效策略；且界面处的强相互作用、配位效应、协同效应以及限域效应等对电催化剂活性和稳定性具有重要影响。报告题目：《室温锂（钠）硫电池电极材料设计与储能机理研究》中国科学技术大学教授 余彦室温锂（钠）硫电池因具有高的能量密度和低成本等优势，被认为是最具潜力的储能器件之一。然而，室温锂（钠）硫电池面临着硫正极电子电导差、循环过程中中间产物易溶解穿梭、材料体积膨胀及金属负极枝晶生长等问题，导致电池的可逆容量低、倍率性能差且循环寿命短，限制了其商业化应用。合理设计和构筑复合电极结构是提高硫利用率、提升电池能量密度和循环稳定性的关键。鉴于此，余彦教授课题组通过理论计算筛选预测及材料结构调控和优化，有效增强了复合电极的导电性、抑制了多硫化物的溶解穿梭并催化其快速转化，提高了电极的电化学性能，并揭示了其储能机理。报告题目：《锂-空气电池催化剂的设计、合成及构效关系研究》中国科学院大学长聘教授 刘向峰可充放的锂空气二次电池因具有高比容量（其理论比容量最大可达3828mAh/g）和高能量密度 （800~1000 Wh/kg）而受到了很大关注。但是，其缓慢的氧还原/氧析出（ORR/OER）反应动力学以及由此导致的严重极化、效率低、循环性能及倍率性能差等问题限制了锂空气电池的实际应用。因此，设计、开发具有氧还原/氧析出双重催化功能的高效电催化剂体系以促进ORR/OER进程，减小电极极化，提高循环稳定性和寿命，是目前锂空气电池亟待解决的关键问题之一。报告重点介绍刘向峰课题组在锂-空电池高效催化剂设计、表界面结构调控以及构效关系研究方面的最新进展，主要包括：晶面调控、氧缺陷、界面协同等材料设计策略及同步辐射原位X射线衍射、吸收谱、原位拉曼光谱等催化剂或产物结构分析手段的应用。报告题目：《钙钛矿半导体光电器件的新进展》中国科学院半导体研究所研究员 游经碧卤素钙钛矿的发现已有一百多年的历史，上世纪 90 年代其材料设计与物性研究尤为活 跃。自从 2009 年钙钛矿电池发明以来，近十多年钙钛矿半导体光电器件的研究已扩展到太阳能电池、发光显示及探测等多个领域，且发展态势迅猛。报告介绍了钙钛矿半导体材料与光电器件的历史与现状，以及未来发展趋势，以及游经碧研究员课题组在钙钛矿半导体光电器件方面的研究进展：1）载流子输运调控以及表界面缺陷钝化等，实现了超过 25%的钙钛矿太阳能电池；2）钙钛矿太阳能电池关键活性层无机化，研制了数千小时稳定的全无机钙钛矿太阳能电池；3）维度调控及非辐射复合中心钝化等，实现了钙钛矿发光二极管在红、绿、蓝波段发光效率的突破。报告题目：《二维聚合物氮化碳异质结光催化全分解水》西安交通大学教授 沈少华实现高效、稳定、低成本、大规模分解纯水制氢是太阳能光催化分解水制氢技术的最理想途径和最终目标。为此，开发满足要求的光催化剂是该领域研究的核心内容和主要任务。非金属聚合物氮化碳（g-C3N4）因其具有前驱体来源广泛、制备方法简单、环境友好、光化学稳定性高、且能带结构适合光催化产氢/产氧等优点而在光催化分解水领域得到广泛的持续性研究。在过去十年，科研工作者们通过多种改性策略去提升 g-C3N4 的光催化分解水性能，取得了一定的成果。然而，目前其光催化分解水性能仍旧偏低，尤其是分解纯水性能。沈少华教授以 g-C3N4 为主要研究对象，针对其可见光吸收能力差、光生载流子复合率高和反应驱动力弱等问题，以超薄纳米片、调控能带结构、构建异质结等为改性手段，提升 g-C3N4 的光催化分解纯水性能，并深入探讨构效关系，为光催化分解水技术的发展提供了可借鉴的新思路。报告题目：《微型电化学能源材料与器件研究》中国科学院大连化学物理研究所首席研究员 吴忠帅针对可穿戴与微电子系统用储能器件的重大需求，吴忠帅研究员围绕微型电化学能源材料理性设计与器件构筑的关键科学问题，开展了深入系统研究，取得一系列重要研究进展：（1）提出二维结构界面化学组装与有序介孔精准调控的策略，研制出与平面化微器件特性相匹配的高活性二维赝电容材料；（2）制备出高效电子-离子输运的高精度图案化微电极，研制出与微电极匹配的耐高压凝胶电解质，建立了高效微电极-耐高压电解质强界面作用规律，获得了高比能、高功率微型储能器件，揭示了离子多方向传质反应机制；（3）提出了功能导向一体化设计、复杂多界面协同耦合与调控策略，实现了输出电压和容量可调，研制出大于100 V的微型超级电容器模块，创制出柔性化、集成化等多功能微型储能器件，验证了作为可穿戴与微电子系统储能器件具有广泛应用前景。

1. 文章信息标题：CdTe Quantum Dot/Bi2WO6 Nanosheet Photocatalysts with a Giant Built-In Electric Field for Enhanced Removal of Persistent Organic Pollutants期刊：ACS Applied Nano Materials 20222. 文章链接ScienceDirect专用链接：https://doi.org/10.1021/acsanm.2c00155或https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsanm.2c001553. 期刊信息期刊名：ACS Applied Nano Materials2021年影响因子：5.097分区信息：中科院2区；JCR分区（Q2）涉及研究方向：工程技术：材料4. 作者信息：杨朋启（首要作者），吴正岩（首要通讯作者）；张嘉（第二通讯）5. 光源型号：北京中教金源CEL HXF300（300 W氙灯，可见光范围）和CEL-NP2000-2A（光密度测量仪）文章简介：近年来，由于各种有机污染物的大量使用导致水体环境污染加剧。针对此类污染，课题组设计并开发了一种高效的碲化镉量子点/钨酸铋纳米片复合半导体材料作为光催化剂用于治理有机污染物。由于低维半导体材料内部存在强的激子效应，严重抑制了电子-空穴的分离和转移。作者通过在材料内部构建内置电场作为内在驱动力，促进激子的解离和光生电子-空穴的转移，从而提高对苯酚、罗丹明B、四环素的降解效率，并且在短时间内基本可以达到完全降解的目的。同时，该催化剂又展现出良好的循环利用率，多次催化后仍可保持较高的光催化效率。因此，该催化剂在水体污染物治理方面展现出一定的应用前景。 我们一致认为本文的创新之处有以下几点：1、首次在2维钨酸铋（200）晶面和碲化镉量子点（111）晶面构建了内置电场。2、实验和DFT理论计算双向证明了内置电场的构建调节了激子效应，促进了激子的解离。3、在水体环境中各种可持续存在的有机物治理方面展现优异的性能。

太阳能以其取之不尽、用之不竭、清洁可再生等特点，有望成为化石燃料的替代能源之一，半导体光催化因其成功将太阳能转化为所需的化学能而引起了研究者极大的兴趣。光催化制氢是将太阳能转化为化学能的最重要途径之一，而其关键技术在于开发高效、高稳定性、低成本的光催化剂。本期岛津XPS 用户成果分享主要介绍复旦大学化学系戴维林教授研究团队近期在光催化领域研究的一些进展及XPS测试技术在其中的应用。团队介绍---戴维林教授团队复旦大学化学系教授，博士生导师。主要研究领域为新型催化材料的构筑及其在能源、环境、精细化学品合成及太阳能光催化等领域的应用。曾获上海市曙光学者称号。以第一或通讯作者在化学及材料领域著名期刊ACS Catal., Chem. Eng. J., J. Mater. Chem. A., Appl. Catal. B: Environ., Green. Chem., J. Catal., ACS Sustain. Chem. Eng., Chem. Commun., J. Hazard. Mater.等发表SCI论文170余篇，多篇论文入选全球1% ESI 高被引用论文，总引用次数10890余次，H-index 56，获中国发明专利33项。2014-2023连续入选Elsevier公布的化学领域中国大陆高被引学者榜单，2023 年度入选斯坦福大学及 Elsevier 发布全球化学学科 2%顶尖科学家榜单，在国际上产生了一定的影响。目前担任多个学术刊物的编委。课题组网站：https://Daigroup.fudan.edu.cn 成果简介: CdSe@Ti3C2 MXene复合材料实现高效光解水产氢复旦大学戴维林教授课题组设计了一种CdSe纳米棒@Ti3C2 MXene纳米片复合光催化剂，并结合SPM（扫描探针显微镜）及原位光照XPS（X射线光电子能谱）结果进行相关机理探讨，为进一步开发高效稳定的光催化体系提供了研究思路。岛津公司参与该项研究工作，相关合作成果发表于光催化领域国际知名SCI期刊《Applied Catalysis B: Environmental》（IF=22.1）上。 研究工作利用原位水热技术构建了由Ti3C2 MXene纳米片和CdSe纳米棒组成的二元异质结，通过光催化产氢活性测试发现，在可见光下，CdSe-Ti3C2 MXene（以下简称CdSe-MX）的最佳氢生成活性比原始CdSe高近6倍。图1给出了CdSe-MX复合材料与纯CdSe的各元素高分辨XPS谱图，相较于纯物质，复合后各组分结合能的移动可反映出复合材料之间存在电子转移作用，一般失去电子的一方结合能升高，反之则降低。图1（a、d）中，与纯MXene相比，CdSe-MX的C 1s中归属于C-Ti峰的结合能以及Ti 2p中Ti-C 2p3/2的结合能位置均降低；相应地，与纯CdSe相比，CdSe-MX的Se 3d5/2结合能以及Cd 3d5/2结合能位置均升高。以上结果表明CdSe-MX复合材料中电子由CdSe转移至Ti3C2 MXene表面。图1.CdSe-MX复合材料与纯CdSe的(a) C 1s、(b) Cd 3d、(c) Se 3d、(d) Ti 2p高分辨率XPS谱图由于真实反应体系在光照下进行，故进一步采用原位光照XPS用于探索CdSe和Ti3C2 MXene之间的电荷转移，结果见图2。与黑暗条件相比，Cd 3d5/2的结合能在光照条件下正向移动0.4 eV，Se 3d 峰的结合能在光照条件下也正向移动0.3 eV。同时，Ti 2p3/2峰的结合能在可见光照射下负向移动0.2 eV。这一发现证明了在原位光照条件下，电子进一步从CdSe转移到MXene。这些XPS结果有力的证明了反应条件下的电子转移方向，验证了催化反应机理。图2. 原位光照前后CdSe-MX的Cd 3d (a)、Se 3d (b) 和Ti 2p (c)的高分辨率XPS谱图仪器介绍全新一代Kratos AXIS SUPRA+ 是基于卓越的研发与制造，兼备高分辨采谱和快速平行成像功能的多技术型 X 射线光电子能谱（图3）。&bull 卓越的便捷性：集样品全自动传输、全自动分析、智能数据采集处理于一体，体现了卓越的便捷性。&bull 优异的性能：拥有多种 X 射线源、大半径双层能量分析器，杰出的荷电中和技术，使其获得了优异的性能。&bull 丰富的扩展性：高能Ag Lα单色X射线源可有效区分光电子峰和俄歇峰并增加探测深度；搭配适应1000°C高温、3 MPa高压及模拟反应气氛的准原位催化反应池；适合不同波长和功率激光及模拟太阳光实时照射样品表面，在样品分析室进行原位光催化反应的光纤系统。&bull 图3 复旦大学化学系X射线光电子能谱仪参考文献：Huajun Gu, Huihui Zhang, Xinglin Wang, Qin Li, Shengyuan Chang, Yamei Huang, Linlin Gao, Yuanyuan Cui, Renwei Liu, Wei-Lin Dai*. Appl. Catal. B: Environ., 2023, 328, 122537.本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

撰文：金静碳点(CDs)作为小的碳材料之一,自2004年被发现以来，已逐渐发展成为一种明星材料。作为一种新型的量子点，CDs具有可实用的光电转化能力，良好的生物相容性和低毒性，双光子吸收和上转换荧光能力，以及易于化学修饰和功能集成性等优点，在光催化，光电器件，环境检测和生物成像领域有着广泛的应用。将CDs与金属复合，以表面增强拉曼光谱（SERS）技术来研究复合基底界面与分子的化学相互作用和化学反应以及催化反应的机理，将为SERS技术的发展带来新的契机。基于以上背景，吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室的赵冰教授和宋薇副教授等人在这方面做了新的研究，有了新的发现。该研究利用碳点的还原性制备出了浓度和尺寸都可调控的核壳结构银@碳点核壳纳米粒子(Ag@CDs NPs)，作为SERS基底，检测到PATP探针分子低浓度为10-9 M，增强因子达6.7*10-5M，获得了佳的SERS信号。接着，与相同浓度的银纳米粒子(Ag NPs)进行SERS对比，结果发现Ag@CDs NPs具有更好的SERS性能。同时CDs荧光被猝灭后得到了其本身碳材料固有的D带和G带。之后，研究人员以Ag@CDs NPs同时作为SERS基底和催化剂，成功监测了Ag@CDs NPs催化氧化TMB，催化还原PNTP-DMAB以及PNTP-PATP的过程。他们欣喜地发现：由于CDs和Ag NPs的协同作用和电荷转移作用，Ag@CDsNPs的催化效率比相同浓度的单独的Ag NPs和CDs要高很多，并且检测到非常具有意义的H2O2的低浓度为1.6*10-8 M。由此得出Ag@CDs NPs具有更优良的SERS和催化性能的结论。图2.(a)SERS监控Ag@CDs NPs催化氧化TMB，(b) 不同浓度的H2O2催化氧化TMB的SERS，(c)Ag@CDs NPs 等离子体催化耦合PNTP-DMAB，(d) 以NaBH4为还原剂，Ag@CDS NPs 催化还原PNTP-PATP。本研究利用拉曼光谱不仅得到了被催化分子的变化信息，对分子的定性和定量具有重要意义，而且促进了核壳结构SERS基底的发展，扩展了CDs在SERS和催化领域的应用。值得一提的是，本研究中，SERS光谱的采集使用了HORIBA激光共聚焦拉曼光谱仪，所有的拉曼数据通过LabSpec软件进行分析。此项研究工作得到了国家自然科学基金项目的资金支持。相关成果近期发表在杂志《ACS Applied Materials& Interfaces》上，受到了业界同行的广泛关注，同时受邀报道在HORIBA科学仪器事业部上。Jing Jin，Shoujun Zhu, Yubin Song, Hongyue Zhao, Zhen Zhang, YueGuo, Junbo Li, Wei Song，Bai Yang, and Bing Zhao，“Precisely Controllable Core?Shell Ag@Carbon Dots Nanoparticles: Application to in Situ Super-Sensitive Monitoring of Catalytic Reactions”.ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 27956?27965.HORIBA科学仪器事业部结合旗下具有近 200 多年发展历史的 Jobin Yvon 光学光谱技术，HORIBA Scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案。如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术。今天HORIBA 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的首选。

近日，中国科学院过程工程所(ipe)生化工程国家重点实验室生物剂型与生物材料课题组与清华大学(thu)及天津大学(tju)合作，基于无定形金属有机框架开发出一种新剂型，可实现酶分子的细胞内高效递送和催化，在单细胞水平上实现细胞代谢产物的原位检测。该工作发表于nature communications 2019，10，5165，题目为"packaging and delivering enzymes by amorphous metal-organic frameworks"。受限于细胞膜的屏障作用和细胞内的降解因素，外源的酶分子难以进入细胞内发挥高效的催化反应。为解决上述难题，本论文的研究团队制备了新型的无定形态金属有机骨架纳米颗粒，用于酶分子的负载。该剂型能够克服细胞膜屏障，将酶分子高效递送进细胞中；同时利用纳米颗粒的保护作用，保证酶分子的天然活性；进一步借助无定形态金属有机骨架的介孔结构（3-6 nm，晶态结构仅1 nm），强化底物和产物的传质扩散（图1 a-d）。基于上述优势，该剂型可用于细胞内代谢产物的原位检测。以葡萄糖为例，经过该剂型催化后的产物可以与相应的荧光探针反应，借助高内涵技术在单细胞水平上实现无损伤的实时定量检测，细胞在96孔板中贴壁24小时后，加入纳米颗粒包装的葡萄糖氧化酶及底物荧光探针，使用operetta cls高内涵系统连续观察4小时（37 °c and 5% co2），输出各组长时间细胞荧光图像。使用harmony分析软件计算获得单细胞荧光信号变化数据，结果显示葡萄糖代谢活跃度高的肿瘤细胞显示更高的荧光强度(hepg24t1mcf-7mgc803)。此方法可用于细胞代谢状态的判断以及正常细胞和癌细胞的区分（图1 e-j），相比传统的化学方法，保证精确度的同时实现了活细胞无损伤原位葡萄糖代谢检测，为慢性病的监控和癌症的早期诊断提供了新思路。 图1 无定形金属有机框架纳米剂型的构建及其在细胞代谢物原位检测中的创新应用。无定形纳米载体(a)及酶-无定形纳米载体复合物(b)的扫描电镜图；(c)cryo-em成像显示无定形载体的结构；(d)酶分子经过负载后的表观活性；不同代谢状态下细胞的荧光强度变化图(e)以及对应高内涵图像(f)正常肝细胞（橙色）和肝癌细胞（蓝色）的荧光强度变化图(g)以及对应高内涵图像(h)；(i)不同细胞胞内葡萄糖浓度和荧光强度的关系；(j)每种细胞荧光强度达到峰值时的对应图像。吴晓玲博士(thu)、岳华副研究员(ipe)和博士生张原宇(thu)为本文共同第一作者，戈钧长聘副教授(thu)、魏炜研究员(ipe)、张麟教授(tju)和李赛研究员(thu)为本文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金优秀青年基金以及国家重点研发计划项目等支持。

● 快讯近日，同济大学化学系-上海市化学品分析、风险评估与控制重点实验室石硕教授团队在纳米医学领域取得新的研究成果，在国际知名期刊《Journal of Nanobiotechnology》（IF=10.435，JCR2区）上发表研究性论文。图1｜国际知名期刊《Journal of Nanobiotechnology》（IF=10.435，JCR2区）化学动力学疗法(CDT)是一种利用Fenton或类Fenton催化剂将过氧化氢(H2O2)转化为有毒的羟自由基(OH)来杀伤肿瘤细胞的方法，在肿瘤治疗中具有广阔的应用前景。但是，由于肿瘤细胞内H2O2水平不足，其治疗效果受到明显限制。β-拉帕醌(Lapa)在烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(磷酸)NAD(P)H：醌氧化还原酶-1(NQO1)的催化下能够发挥补充H2O2的功能，为解决这一问题提供了新的思路。然而，高水平的活性氧会导致DNA的广泛损伤，引发聚腺苷二磷酸核糖聚合酶(PARP)的“过度激活”，导致H2O2供应中断，进而导致CDT的疗效降低。为了解决这个问题，石硕教授团队开发了一种自扩增纳米催化体系(ZIF67/Ola/Lapa)，可以共同提供PARP抑制剂奥拉帕利(Ola)和NQO1生物活性药物Lapa，用于可持续产生H2O2和增强CDT(“1+1+1 3”)。结果显示，Ola对PARP的有效抑制下，可以协同Lapa让NQO1介导的氧化还原循环促进H2O2的持续生成。反过来，高浓度的H2O2进一步与钴(Co2+)反应，通过类Fenton反应生成剧毒的OH，极大地提高了CDT的疗效。体内外结果表明，ZIF67/Ola/Lapa在NQO1过表达的MDA-MB-231肿瘤细胞中具有良好的抗肿瘤活性。最重要的是，由于NQO1在正常组织中低表达，该纳米复合材料对活体的毒性非常小。图2｜ ZIF67/Ola/Lapa纳米颗粒形成和基于Lapa和Ola(PARPi)协同作用持续产生由NQO1介导的H2O2增强CDT疗效的机制示意图文章中，验证ZIF67/Ola/Lapa纳米颗粒在MDA-MB-231荷瘤小鼠体内的分布和肿瘤靶向性活体实验成像，使用了博鹭腾AniView100多模式动物活体成像系统拍摄。尾静脉注射小鼠ICG标记的ZIF67/Ola和ZIF67/Ola/Lapa，并在注射后不同时间段使用AniView100获得小鼠体内、解剖器官和肿瘤的荧光图像。结果显示ZIF67/Ola组小鼠在注射24h后肿瘤部位的荧光信号基本消失，而ZIF67/Ola/Lapa组的荧光信号在注射1h后开始出现，6h后逐渐增强，并达到最大值，甚至在注射24h后仍在肿瘤组织中保持显著较高的荧光强度，表明ZIF67/Ola/Lapa在肿瘤组织中具有较长的滞留能力。进一步的体外荧光成像结果显示，ZIF67/Ola/Lapa主要由肝脏和肾脏代谢，在肿瘤的荧光强度是ZIF67/Ola的1.8倍，显示了良好的肿瘤聚集能力。这些结果表明，制备的ZIF67/Ola/Lapa能够优先有效地在肿瘤组织中蓄积，且血液循环时间延长。图3｜ ZIF67/Ola/Lapa纳米颗粒的体内外分布情况a、ICG-ZIF67/Ola和ICG-ZIF67/Ola/Lapa静脉给药后在小鼠体内的分布情况，红色圆圈代表肿瘤。b、肿瘤组织在不同时间点的荧光强度。c、解剖器官和肿瘤在12h的典型荧光图像。d、半定量分析解剖的主要脏器和肿瘤组织在12h的荧光强度。与光动力或声动力治疗相比，CDT可以在没有外部能量输入(光或超声)和氧气的情况下独立进行。这使得它能够克服组织穿透深度有限、肿瘤微环境缺氧和非特异性等缺点，在肿瘤治疗中具有更广阔的应用前景。针对目前主要通过提高瘤内H2O2浓度以增强CDT的疗效，可能会导致效果不佳和非特异性毒性，石硕教授团队通过在CDT试剂中原位生产补充H2O2的官能团，从而提高抗癌效果，为利用设计结合PARP抑制剂与NQO1生物活性药物的多功能CDT药物来治疗肿瘤提供了新的思路。参考文献：1、https://doi.org/10.1186/s12951-021-00998-y

近期，中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所刘锦淮课题组的杨良保研究员等人在阐明单个的各向异性的金微米片上拉曼增强与光催化活性之间关系的研究上取得新进展。相关成果已发表在《欧洲化学》杂志上。该研究对于理解SERS活性纳米结构的增强机制和等离子体有关的催化效应具有重要的意义。 　　各向异性贵金属微纳结构因其独特的尺寸依赖效应和形状依赖效应，成为了越来越多的研究领域的热点，逐渐应用于光学、催化等领域。但是，在如何克服化学效应的贡献并获得分子层面信息的同时，阐明贵金属结构上的拉曼散射和光催化活性之间的关系，仍然是一个巨大挑战。 　　研究人员刘洪林博士等人通过简单的方法合成了纳米厚度的金微米三角片和六角片，并直观地展示了这些结构不同位置上拉曼信号和光催化活性之间关系。通过等离子体光催化敏感分子的结构的变化，利用其SERS信号峰相对强度的变化，成功刻画了金微米片角、边、面上不同位置的光催化活性的可视画面，排除了常规研究中浓度效应和分子覆盖度差异的问题。 　　研究结果表明，金微米片上特定位点分子吸附数目的增加，并不必然导致更高的光催化转化率，而是与其等离子体共振强度、电磁场强度密切相关，这与理论模拟的结果一致。相关研究策略排除或者弱化了等离子体局域热效应，也在一定程度了成功克服了浓度差异效应和化学贡献效应在贵金属等离子体光催化中的作用，清晰的刻画了等离子体共振强度相关的催化特性。 　　该研究工作得到了科技部重大科学研究计划纳米专项项目&ldquo 应用纳米技术去除饮用水中微污染物的基础研究(2011CB933700)&rdquo 以及国家重大科学仪器设备开发专项子任务&ldquo 动态表面增强拉曼光谱技术用于农药残留检测&rdquo 和&ldquo PERS仪器在环境污染物检测领域中的应用&rdquo (2011YQ0301241001 & 2011YQ0301241101)等项目的支持。 　　 合肥研究院阐明各向异性贵金属微纳结构的拉曼增强和光催化活性之间的关系

近日，中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室能源与环境小分子催化研究组（509组）邓德会研究员团队与郑州大学张佳楠教授团队合作，通过界面化学工程将二维2H-MoS2纳米片组装在氮掺杂碳限域的铁原子催化剂（Fe(SA)-N-C）载体上，并将其作为钠离子电池的负极材料，在Fe(SA)-N-C的催化作用下，有效调控了1T/2H-MoS2在充放电过程中的相变和结构演化过程，从而实现高效储钠。　　在“双碳”目标下，可再生能源逐步成为能源消费增量的主体。在推动可再生能源利用的关键技术中，储能技术的发展已成为实现“双碳”目标的重要支撑技术之一。与技术相对成熟的锂离子电池（LIBs）相比，钠离子电池（SIBs）因钠资源丰富、成本低廉等优势，在大规模储能领域中展现出广阔的应用前景。MoS2已被认为是最有前途的SIBs的负极材料之一，但由于其结构不稳定，且在充放电过程中MoS2结构变化而导致部分容量不可逆。因此，在充放电过程中精准调控MoS2的结构稳定性以及相变可逆性是提高其储钠性能的关键。　　邓德会团队在前期二维MoS2表界面调控和催化研究（Nat. Catal.，2021；Nat. Commun.，2020；Nat. Commun.，2017；Energy Environ. Sci.，2015）的基础上，发现并证实多孔MoS2在钠离子存储中表现出优异的电化学性能（J. Energy Chem.，2022；Mater. Today Energy，2018），并揭示金属—氮—碳（M-N-C）电极储钠性能的增强机制与固体电解质界面（SEI）膜之间的关联性（Energy Environ. Sci.，2022；Nano Res.，2022）。　　在此基础上，研究团队通过界面化学工程将二维2H-MoS2纳米片组装在Fe(SA)-N-C载体上，发现在功函数差异的驱动作用下，Fe(SA)-N-C的电子会向2H-MoS2转移，进而增强了富电子MoS2上的S位点对钠离子的吸附作用，而缺失电子的Fe(SA)-N-C上的Fe位点的自旋态会发生改变，从而优化了Fe位点的电子结构和催化活性，相较于氮掺杂碳（N-C）和纯碳，Fe(SA)-N-C限域的Fe位点可以在充放电过程中有效促进1T/2H-MoS2的相变和结构演化过程，从而实现高效储钠。因此，MoS2/Fe(SA)-N-C展现出优异的循环稳定性，在2.0 A g-1的大电流密度下经过2000次循环后，储钠容量仍保持在350 mA h g-1左右。该研究为设计高活性和高稳定性的钠离子负极材料提供了新思路。　　相关研究以“Evolution of Stabilized 1T-MoS2 by Atomic-Interface Engineering of 2H-MoS2/Fe-Nx towards Enhanced Sodium Ion Storage”为题，发表在《德国应用化学》（AngewandteChemie International Edition）上，并被选为VIP（Very Important Paper）文章。该工作的第一作者是我所509组联合培养博士研究生夏会聪。以上研究工作得到了国家自然科学基金、中科院B类先导专项“功能纳米系统的精准构筑原理与测量”、丹麦Haldor Topsoe公司国际合作等项目的资助。

过渡金属(氧)氢氧化物是一种很有前途的析氧反应电催化剂。通过离子插入氧化还原反应，这些材料的性质随外加电压动态非均匀地变化，将开路条件下不活跃的材料转化为反应过程中的活性电催化剂。因此，催化状态始终就是非平衡态，这就使得直接观察催化剂的形貌变得异常复杂。析氧反应被认为是电解水制氢工艺的效率瓶颈，因为它需要相当大的应用过电位。因而提高OER的效率对于实现基于氢气生成和存储的闭环清洁能源基础设施至关重要。这将需要开发改进的过渡金属基电催化剂，直接确定材料性能的变化如何影响操作中的反应性。有鉴于此，斯坦福大学的J. Tyler Mefford和William C. Chueh教授等利用一套相关的扫描探针和X射线显微镜技术，建立了β-Co(OH)2单晶片状材料的化学物理性质、纳米级电子结构与析氧活性之间的联系。在预催化电压下，钴的氧化态为+2.5，氢氧根插层形成类似α-CoO2H1.50.5 H2O结构。在增加电压驱动氧进化，层间水和质子脱插形成收缩的β-CoOOH粒子，包含Co3+物种。虽然这些转变表现出非均匀的粒子的大部分，电化学电流主要限制在他们的边缘面位。观察到的Tafel行为与这些反应边缘位置的Co3+的局部浓度相关，表明了大块离子插入和表面催化活性之间的联系。原位电镜表征OER催化剂图1.β-Co(OH)2的质量负荷和扫描速率依赖的电化学研究作者发展了一套扫描探针和X射线显微镜联合技术，深入研究了β-Co(OH)2单晶片状材料与析氧活性之间的构效关系，单晶片的基面{0001}面约为1~2 μm宽，边缘{1010}面约为50~75 nm厚，图b~c展现了其形貌特征，这些粒子表现出两个典型的部分氧化还原特征—阳极电压的增加（E1=1.20 V，E2=1.55 V），分别对应于Co(OH)2 到CoOOH和CoOOH到CoO2的动态转化。在催化初始电压下，粒子膨胀形成α-CoO2H1.50.5 H2O状结构(通过氢氧根插层产生)，其中钴的氧化态为+2.5。在增加电压驱动氧的析出时，层间水和质子脱插，形成含有Co3+的收缩状β-CoOOH粒子。尽管这些转变在大部分粒子中均表现出不均匀性，但电化学电流主要受限于其边缘面。观察到的Tafel行为与这些反应性边缘位点处Co3+的局部浓度相关，这说明了大量离子插入与表面催化活性之间的联系。图2.扫描电化学电池显微镜表征β-Co(OH)2颗粒体氧化还原转化和OER活性研究者使用扫描电化学电池显微镜（SECCM）直接绘制了OER电流图，其空间分辨率由纳米移液器吸头的直径确定（dtip = 440 nm）。扫描模式下，在1.87 V下进行计时电流分析，同时对移液器进行线性连续扫描（横向平移速率= 30 nm s-1）。通过保持弯液面和表面之间的恒定接触，可以同时进行形貌（高度）和电化学活性（电流）测量。结果表明，颗粒边缘面主导着整个系统的电化学反应性。仅当移液器在粒子的边缘面时才观察到电流，而当移液器位于基面内时未观察到电流。跳跃模式下观察到的结果与扫描模式类似。在该催化体系中，不同面的催化活性可以通过离子(去)插层反应特性来合理化解释。可移动的电荷补偿离子被限制在CoO2层间的夹层通道中。在层状β-Co(OH)2的逐步氧化过程中，离子(去)插层反应在边缘平面处（与电解质接触的区域）变得容易。相反，在CoO2层中不存在扩展缺陷的情况下，离子在方向上的移动受到限制，这阻止了基面充当大量氧化还原转化反应的反应位点。这也解释了内部Co原子缺乏活性的原因。图3 原位电化学原子力显微镜表征β-Co(OH)2粒子使用电化学原子力显微镜（EC-AFM）在0.1 M KOH中在约10 nm的空间分辨率下测量了颗粒形态随电压的变化。并利用原位扫描透射X射线显微镜(STXM)在约50 nm分辨率下表征了β-Co(OH)2粒子Co的氧化态。研究表明，在催化初始电压下，粒子膨胀形成α-CoO2H1.50.5H2O状结构(通过氢氧根插层产生)，其中钴的氧化态为+2.5。在增加电压驱动氧的析出时，层间水和质子脱插，形成含有Co3+的收缩状β-CoOOH粒子。尽管这些转变在大部分粒子中均表现出不均匀性，但电化学电流主要受限于其边缘面。图4 原位扫描透射X射线显微镜表征β-Co(OH)2粒子原位扫描透射X射线显微镜实验结果表明，XAS反应的可逆电压, n1 = 0.54 ± 0.04 e−at E 1′ = 1.14 ± 0.03 V and n2 = 0.46 ± 0.04 e− at E′2= 1.58 ± 0.03 V。推导出的可逆电压与STXM电池中的氧化还原峰(图4d)、RDE实验(图1d)、EC-AFM和EQCM结果6(图3c)非常一致；此外，各反应过程中转移的电子数与我们的EQCM结果相吻合。研究发现了Tafel行为与这些反应性边缘位点处Co3+的局部浓度密切相关。综合上述表征结果，可以证实，Co3+（β-CoOOH）是OER的真正活性位点（或限速步骤的反应物状态）。研究意义1、原位电镜揭示催化剂构效关系：使用相关原位电镜来揭示了能量转换材料的局部物理化学特性和电子结构如何控制其电化学响应。2、揭示边缘位Co3+活性位点浓度的重要性：在CoOxHy系统中，氢氧根离子(去)插层反应通过控制OER过电位和反应边面上电压依赖的Co3+活性位点浓度之间的关系来影响表面催化活性。3、启示如何提高层状氧化物OER活性：调整离子插入的热力学的策略以及通过表面吸附能的方法。电化学原位实验电化学控制在EC-AFM, EQCM和操作STXM期间使用SP-300恒电位器(BioLogic)进行。旋转圆盘电化学(RDE)和紫外-可见光谱电化学使用VSP-300恒电位仪(Biologic)。使用如下所述的自制仪器进行SECCM电化学操作。所有电压都参考了可逆氢电极(RHE)，其中每个实验的参考电极的RHE电位在测试前在0.1 M KOH中与大块RHE电极(Hydroflex氢参考电极，eDAQ)进行了标准化。底物电极的制备是通过滴注3 ml的β-Co(OH)2油墨，其中含有2mg的β-Co(OH)2粒子在2ml四氢呋喃中，在新清洁的GC板上(HTWGermany)。让油墨在GC表面干燥后，用干净的PDMS块轻轻压印dropcast区域，以去除聚集的颗粒。然后，在制备的衬底上覆盖一层薄薄的十二烷。使用FE-SEM(GeminiSEM, ZEISS)进行表征。探针(针尖)具有~400 nm的扫描模和~440 nm的跳模，同时确保足够的空间分辨率，在如上所述制备微管后，两通道均充满0.1 M KOH，并配备准参比对电极(QRCE 例如，镀有AgCl的银线)。用于询问S5衬底工作电极的半月板(液滴)细胞在充满的微管探针的末端自然形成。将制备的微移液管和基板分别安装在z-压电定位器上，用于三维空间的纳米级移位。在整个扫描过程中，离子被持续监测(使用自制的电流放大器)，并作为反馈信号来精确地将半月板(液滴)电池定位到衬底电极上。参考文献：J. Tyler Mefford et al. Correlative operando microscopy ofoxygenevolution electrocatalysts. Nature, 2021, 593, 67-73DOI: 10.1038/s41586-021-03454-xhttps://doi.org/10.1038/s41586-021-03454-x

随着能源不断消耗，大气中 CO2 的排放量逐年递增，由此引发的环境问题已成为全球关注的热点。去年的联合国大会上，我国向世界承诺，二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值，努力争取 2060 年前实现碳中和。如何减少 CO2 排放、有效转化和利用 CO2 已引起各国政府的高度关注，CO2 的固定和转化是降低其含量的有效途径之一。 我们都知道自然生物可以利用太阳能、化能等能量形式固定二氧化碳进行自养生长。到目前为止，科学家共发现了 6 种天然固碳途径。其中卡尔文循环（光合作用中的碳反应部分）是自然界分布最广的固碳途径，每年可将 1 千亿吨二氧化碳转化成再生物质。但天然固碳的转换效率较低、经济性较差，是限制其实现工业化利用的主要瓶颈。因此构建具有高转化效率的人工固碳途径一直是相关领域的研究重点。 图1. 卡尔文循环（来自：维基百科） CO2 电化学还原（ERC）技术是在常温常压条件下，利用电能（尤其是可再生能源发电）将 CO2 与水直接反应生成合成气、甲酸、碳氢化合物、醇类等高附加值的化学品或液态燃料的新技术，是一条实现可再生能源存储与 CO2 转化利用的绿色途径，对人类的可持续发展具有重要意义。ERC 技术不需要制氢、加温和加压等额外消耗的能量，且设备投资少，其潜在的经济效益和环境效益引起了研究者广泛关注。 近年来，电化学还原技术取得了长足进展，但仍存在许多亟待解决的问题，例如产物的选择性低、偏电流密度低、催化剂的稳定性与耐久性欠佳等，这些问题限制了 ERC 技术的实际应用和商业化。电催化剂作为 ERC 技术的关键材料，其性能直接影响 CO2 转化效率、还原产物选择性及稳定性。因此，开发高性能的电催化剂，提高催化剂的催化活性、选择性和稳定性具有重要的研究意义和应用价值。 在所有金属电催化剂中，Cu 基催化剂是唯一可在水溶性电解质溶液中将 CO2 高选择性地催化还原生成碳氢化合物和醇类的催化剂。在 Cu 基催化剂表面，CO2 可以还原成 CO、HCOOH、CH4、C2H6、C2H4 及含氧碳氢化合物（醇类）等 16 种不同的还原产物。不同的 Cu 基催化剂用于 ERC 反应时，还原产物分布不同。影响还原产物选择性和还原效率有多种因素，包括催化剂的结构、形貌、晶面、尺寸、组成、表面缺陷等。 浙江大学功能复合材料与结构研究所的研究人员研发出一种新型电催化剂，今年 6 月 2 日，相关研究成果以《在铜-分子界面上紧固溴离子使 CO2 高效电还原成乙醇》（Fastening Br&ndash Ions at Copper&ndash Molecule Interface Enables Highly Efficient Electroreduction of CO2 to Ethanol）为题，发表在《ACS Energy Letter》上。 图2. 在新型电催化剂 CuBr 作用下的 CO2 &ldquo 酿&rdquo 酒过程 研发出的新型电催化剂十二烷硫醇改性 CuBr，在催化过程中会形成一个稳定的 Br 掺杂 Cu 硫醇界面，从而更高效地将二氧化碳还原成乙醇。该电催化剂的 C2+（含有两个碳原子及以上的化合物）法拉第效率提高了 72%， 乙醇的法拉第效率达到 35.9%。 图3. 新型电催化剂的合成过程 上图阐述了在铜箔上合成 CuBr 纳米四面体并使用十二硫醇（DDT）进行修饰改性的过程。首先将机械抛光的铜箔片在 CuBr2 溶液中浸泡 30s，快速形成 CuBr四面体。利用飞纳台式场发射扫描电镜 Phenom Pharos 对 CuBr 和 CuBr - DDT 的形貌进行观察，在铜箔的整个表面上可以清晰地观察到排列紧密、表面光滑的四面体纳米结构（图 3b）。经过 DDT 处理后，可以看到 CuBr 四面体表面吸附的絮凝状 DDT（图 3c）。 实验结果表明，用 DDT 分子修饰的 CuBr 对 C2+ 的法拉第效率高达 72%，乙醇-乙烯比接近 1.1。DDT 在 CuBr 上的吸附会阻碍 Br 的迁移和 CuBr 的完全还原，从而在催化过程中形成独特的 Br 掺杂 Cu 硫醇界面，且界面稳定性高。同时，DDT 的吸附抑制了氢和甲烷的产物选择性。在 Cu 中引入 Br- 可以稳定高价态 Cu，从而提升对乙醇的选择性。这一策略将有助于其他复杂电子-质子转移过程的电催化系统的设计。

1. 文章信息标题：stable ti3+ sites derived from the tixoy-pz layer boost cubic fe2o3 for enhanced photocatalytic n2 reductiondoi：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c058902. 文章链接https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.1c058903. 期刊信息期刊名：acs sustainable chemistry & engineeringissn：2168-04852021年影响因子：8.198分区信息：中科院1区top；jcr分区（q1）涉及研究方向：光催化4. 作者信息：第一作者是广州大学博士张文生。通讯作者为广州大学韩冬雪教授、广州大学何颖实验员。5. 正文中标记了“the photochemical reactor was installed on the cel-gppcl system (beijing china education au-light company) with a 300 w xe lamp.”.文中所述设备由北京中教金源科技有限公司提供，设备型号:cel-gppcl the photochemical reactor was installed on the cel-gppcl system (beijing china education au-light company) with a 300 w xe lamp. 利用水作为还原剂将氮气（n2）进行光催化固定是一种令人鼓舞的未来氨合成策略，这有助于人们开发高效的光催化剂，以提高太阳光利用率，并提高固定n2的催化效率。赤铁矿(α-fe2o3)是一种稳定性高、成本低廉、天然丰度高的半导体光催化剂，从经济效益上讲是可见光驱动n2-nh3转化的理想催化剂，但相关研究报道较少。这是因为单一组分fe2o3光催化剂的光生电子还原能力普遍较低、具有严重的电子空穴重组现象和有限的表面活性位点，限制了其在光催化固氮领域的发展。为克服这一问题，本文构建了表面磷掺杂含稳定ti3+位点的锐钛矿tio2（tixoy-pz）层，来增强α-fe2o3立方体的光催化n2还原反应（pnrr）性能。通过ph3处理，在tixoy-pz层上诱导不饱和ti3+物种来作为活性位点，实现对n2分子的高吸附和活化。同时，磷掺杂形成的部分金属钛缺陷使催化剂的结构更加稳定。此外，通过程序升温氮气吸脱附（tpd）和瞬态荧光衰变曲线证明了fe2o3@tixoy-pz的ti3+物种是n2化学吸附和活化的活性位点。fe2o3@tixoy-pz纳米杂化催化剂利用tixoy-pz层表面的ti3+位点和界面耦合的优势，实现了在环境条件下有效地将n2光还原为nh3；这为设计和开发具有优异光催化固氮性能的纳米催化剂提供了一种新的视角。文章doi : https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c05890，原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.1c05890原文下载：online acssuschemeng.1c05890.pdf：，。视频小程序赞，轻点两下取消赞在看，轻点两下取消在看

p style=" text-align: justify " 　　二维材料独特的各向异性和电子性能引起了人们对其基本电化学和广泛的应用领域的极大兴趣。从2D材料原型——石墨烯开始，对其他超薄层结构的广泛研究逐渐出现。其中包括过渡金属二硫代化合物TMDs、层状双氢氧化物LDH、金属碳化物和氮化物(MXenes)以及单元素化合物的黑磷族。随着可持续能源的发展得到全球的关注，评估各种二维纳米材料在这些领域的有效性已成为当务之急。电催化技术是未来清洁能源转化技术的核心，主要通过析氢反应(HER)、氢氧化反应(HOR)、氧还原反应(ORR)、析氧反应(OER)和二氧化碳还原反应(CO2RR)实现。而二维纳米材料可作为昂贵的铂基催化剂的经济替代品。 /p p style=" text-align: justify " 　　【成果介绍】 /p p style=" text-align: justify " 　　最近新加坡南洋理工大学的XinyiChia与布拉格化工大学的MartinPumera教授以”Characteristics and performance of two-dimensional materials for electrocatalysis“为题在Nature catalysis上发表综述，主要讨论了这些二维材料的相似之处，并强调了它们在电化学和电催化性能上的差异。介绍了工业重要反应中与能源有关的电催化二维材料的研究进展。 /p p style=" text-align: justify " 　　【图文导读】 /p p style=" text-align: justify " 　　1. 2D材料的结构 /p p style=" text-align: justify " 　　二维材料独特的各向异性和电子性能引起了人们对其基本电化学和广泛的应用领域的极大兴趣。从2D材料原型——石墨烯开始，对其他超薄层结构的广泛研究逐渐出现。文章主要探讨了超薄2 D纳米材料的结构、电催化性能及其影响因素，包括石墨烯、单或一些层次化的过渡金属(TMD)，如金属氧化物、水滑石(类)、六角氮化硼(h-BN), g-C3N4, MXenes，黑磷等，其结构如图1所示。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp /p p style=" text-align: center " img title=" 111111111111.webp.jpg" alt=" 111111111111.webp.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/46566102-1ac7-4757-bab6-7787b308ae47.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　图1 二维材料结构构型示意图. (a)石墨烯 (b)氮化硼 (c) g-C3H4 MoS2的两种物相(d)2H型, (e)1T型 黑磷的两种物相(f)三方晶系, (g)正交晶系. (h)MXenes, 以Ti3AlC2为例。 /p p style=" text-align: justify " 　　2. 二维电极材料的电化学稳定性 /p p style=" text-align: justify " 　　由于材料在使用过程中可能会发生化学或结构变化，因此了解二维电极材料的稳定性对于二维纳米材料的应用是必不可少的。电极的稳定性是由其固有的电化学性质和催化反应倾向来决定的，即取决于电解液的选择和应用的电位窗口。如Bonde[1]等首先报道了酸性条件下MoS2和WS2进行HER反应后，通过XPS观察到催化剂表面形成了MoO3，SO42-等氧化产物。最近有相关报道VIB族元素化合物在电位区间为1.0~1.2V(vs. Ag/AgCl)易被氧化成高价金属离子。此外，不同的非金属元素也影响着TMDs的稳定性，如报道了VIB族元素化合物的氧化峰电位符合WSe2& lt mose2& lt ws2 & lt MoS2的规律。因此在研究TMDs此类材料中，应着重关注电极材料的电化学稳定性。 p style=" text-align: justify " 　　由于石墨烯、g-C3N4、MXene等具有较高的还原电位，在ORR、HER、OER、CO2RR的电位区间都难以被氧化还原，因此这些材料具有广泛的电化学反应窗口。 /p p style=" text-align: justify " 　　文献信息 /p p style=" text-align: justify " 　　[1] Hydrogen evolution on nano-particulate transition metal sulfdes. (Faraday Discuss. 140, 219–231 (2009).) /p p style=" text-align: justify " 　　原文链接： /p p style=" line-height: 16px " img style=" margin-right: 2px vertical-align: middle " src=" /admincms/ueditor1/dialogs/attachment/fileTypeImages/icon_pdf.gif" / a title=" bonde2009.pdf" href=" https://img1.17img.cn/17img/files/201812/attachment/0f62cb46-d16a-4d4d-8df0-95918f65443e.pdf" target=" _blank" textvalue=" Hydrogen evolution on nano-particulate transition metal sulfdes" & nbsp Hydrogen evolution on nano-particulate transition metal sulfdes /a /p p style=" text-align: justify " 　　3. 二维材料的电子转移 /p p style=" text-align: justify " 　　电催化剂的电子转移强弱直接决定了催化反应的速率快慢。而电催化剂的各向异性、电子和表面特性已经被发现在电子转移(HET)中显示出重要的意义。二维材料中，如TMDs的边缘和基面具有明显的电子转移特性。以MoS2为例，如图2，以电化学探针进行检测边缘与基面的活性，发现边缘的反应速率常数远高于基面的反应速率常数，因而边缘原子的活性高于基面原子的活性。除了TMDs以外，石墨烯也显示相同的规律。如图3，氧化石墨烯表面含氧基团数量影响着石墨烯的电子转移，含氧官能团比例越高，电子转移速率越差。此外，异质元素掺杂也会改变二维材料的电子传递特性。如氮掺杂石墨烯可以提高其电子转移速率，由过渡金属掺杂的TMDs也同样能够引起电子传递变化。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp /p p style=" text-align: center " img title=" 222222222.webp.jpg" alt=" 222222222.webp.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/a377e54d-320a-4733-9c49-a736b1f531c6.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　图2 影响二维材料电子传递的各向异性效应. (a)MoS2的边缘和基面示意图, 插图:宏观辉钼矿晶体 MoS2(b)底面与(c)边缘面. /p p style=" text-align: justify " & nbsp /p p style=" text-align: center " img title=" 3333333333333333.webp.jpg" alt=" 3333333333333333.webp.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/ff003f31-27f0-435f-a46d-d5d923bb6910.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　图3 影响二维材料电子传递的表面特性 /p p style=" text-align: justify " 　　4.二维电催化材料的研究进展 /p p style=" text-align: justify " 　　材料的传质效应、各向异性和本征活性决定了二维材料的电催化效率。电催化中的各向异性因子建立在二维材料不同的催化位点。电催化剂体系中材料的内在活性是通过火山图关系来评价的，火山图关系是根据Sabatie原理进行定量描述的。理想情况下，高活性的催化剂与反应中间体的结合既不应太强烈也不应太弱。催化剂载体的选择也属于催化剂的设计范围，选择一个合适的载体可以优化催化剂的活性。 /p p style=" text-align: justify " 　　从传质效应上看，由于界面反应物种类(H+或OH-)的快速消耗和气态产物的生成阻碍了反应速率，因此良好的传质对于高活性催化剂是至关重要的。在二维催化剂中，相邻薄片之间的间隙存在二维通道，可以有利于提高液相和气相之间的传质效果。如图4，将间隔物结合到MoS2纳米薄片中，产生了开放的通道，增大物质传达的表面积及改善离子扩散，整体增强HER的催化性能。 /p p style=" text-align: justify " 　　& nbsp /p p style=" text-align: center " img title=" 444444444.webp.jpg" alt=" 444444444.webp.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/b2311091-5db0-4639-be2a-48caf0f09a83.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　图4传质效应影响二维材料的电催化性能 /p p style=" text-align: justify " 　　从各向异性上看，二维材料的各向异性因子对其催化性能的影响表现在活性的边缘面和惰性的基面。二维材料边缘上的原子所处的化学环境与基体平面不同，基体平面一般具有饱和配位，而基体平面具有较大的非饱和配位倾向。由于边缘位点对二维材料的催化活性起着重要作用，因此优化边缘结构以提高其性能变得至关重要。在HER电催化中，2H-TMDs的催化活性位点主要来自于边缘面原子。如合成具有双陀螺形貌的介孔MoS2结构(图5)，可以获得高比例的外露边缘位置，从而增强了MoS2的HER活性。此外，也有相关报道关于通过提高边缘位点及导电性来改善1T-TMDs的HER活性。总之，提高二维材料的边缘活性位点数量，有利于提高二维材料的电催化活性。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp /p p style=" text-align: center " img title=" 555555555555.webp.jpg" alt=" 555555555555.webp.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/7bd7f2cf-707b-453a-8efd-35920f27f312.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　图5 各向异性效应影响二维材料的电催化性能 /p p style=" text-align: justify " 　　从本征活性上看，引入掺杂剂或官能团等可以最大限度地提高二维材料催化的内在活性。由于边缘是二维材料的催化活性位点，在边缘掺杂或附着官能团可以增强其催化活性。而基底位掺杂或功能化也同样可以调节惰性基底平面的内在活性。如由于吡啶氮被认为是中间COOH*形成CO的活性吸附位点，因此N掺杂石墨烯可以表现出优异的CO2RR催化活性(图6)。此外，缺陷工程是一种提高活性位点固有活性的方法。表面结构缺陷包括配位数低的边缘 所以才会出现悬空键和原子空位。如由于金属空位可以提高了邻近金属中心的原子价态，从而有利于提高OER活性，而利用等离子体技术处理CoFe-LDHs可以导致Co、Fe和O出现多个空位，这些空位是可以降低水的吸附能同时提高OER活性。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp /p p style=" text-align: center " img title=" 66666666666.webp.jpg" alt=" 66666666666.webp.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/0ccc76a4-e8d4-4a91-a345-5066f093a19d.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　图6本征活性影响二维材料的电催化性能 /p p style=" text-align: justify " 　　【总结与展望】 /p p style=" text-align: justify " 　　二维材料丰富的电化学特性为其在能源催化中的应用提供了新的机遇。尽管二维材料具有多样性，但其最终的电催化性能和电荷转移性能取决于各向异性和表面特性。二维材料在ORR、HER、OER和CO2RR电催化中取得了巨大的成功，其中边缘面为主要的催化活性中心。 /p p style=" text-align: justify " 　　提高二维材料的电催化活性主要从以下几个方面进行：①改变二维纳米结构来增加活性边缘位点的密度 ②异质元素掺杂二维材料或与官能团结合、或引入缺陷增强催化活性 ③改善二维材料电子转移能力提高材料催化活性，如使用合适的催化剂基底材料。展望未来，二维纳米材料领域充满了各种可能性。通过集成两种或两种以上的材料来开发混合2D材料，可以创建新的复合结构，以显示出独特的性能和针对特定应用的定制属性。各向异性和表面特性可以作为设计不同化合物的指导原则。 /p p style=" text-align: justify " 　　【文献链接】 /p p style=" line-height: 16px " img style=" margin-right: 2px vertical-align: middle " src=" /admincms/ueditor1/dialogs/attachment/fileTypeImages/icon_pdf.gif" / a title=" 1212121.pdf" href=" https://img1.17img.cn/17img/files/201812/attachment/4901c2e3-062f-4ae5-a435-f30cd6f2f33f.pdf" target=" _blank" textvalue=" Characteristics and performance of twodimensional materials for electrocatalysis" Characteristics and performance of twodimensional materials for electrocatalysis /a /p p & nbsp /p p & nbsp /p p & nbsp /p p & nbsp /p p /p /p

近日，大连化学物理研究所精细化工研究室有机硼化学与绿色氧化创新特区研究组（02T6组）戴文研究员团队在多相光催化硼化方面取得新进展。团队选用易于制备的硫化镉纳米片作为多相光催化剂，利用光生电子—空穴的协同氧化还原作用，通过选择性硼化反应，实现了烯烃、炔烃、亚胺以及芳（杂）环的高值转化，合成了硼氢化和硼取代产物。氮杂环卡宾硼烷（NHC-BH3）由于其化学性质稳定且制备方法简单，近年来作为一种新型硼源，被应用于自由基硼化反应中。然而，大量有害的自由基引发剂或昂贵且无法回收的均相光催化剂的使用仍然阻碍其广泛应用。因此，发展一种通用、廉价且可循环的催化体系对NHC-BH3参与的自由基硼化反应的发展具有重要意义。在上述研究背景下，戴文团队发展了一种简单、高效的多相光催化体系。该体系利用易于制备的硫化镉纳米片作为多相光催化剂，NHC-BH3为硼源，在室温光照的条件下，实现了多种烯烃、炔烃、亚胺、芳（杂）环以及生物活性分子的选择性硼化反应。由于该转化过程充分利用了光生电子—空穴对，从而避免了牺牲剂的使用。进一步研究发现，该催化体系不仅能够实现克级规模放大，且催化剂多次循环后依旧保持稳定的收率，同时，该催化体系作为一个可循环的通用平台，回收后的催化剂仍可继续催化不同种类底物的硼化反应，这些结果可为以NHC-BH3为硼源的自由基硼化反应的发展提供新思路。此外，该工作还对所得到的有机硼化物进行了衍生化，合成了含有羟基，硼酸酯和二氟硼烷反应活性位点的合成砌块。　　戴文团队一直致力于多相催化大宗化学品（烯烃、炔烃、有机硫化物和醇等）的高附加值转化并取得了一系列研究成果：在前期的工作中，分别发展了钴基氮掺杂介孔碳催化醇的氧化酯化制备酯（Angew. Chem. Int. Ed.，2020）、廉价锰氧化物催化醇的氧化氨化制备酰胺和腈（Chem，2022）、铁单原子纳米酶催化酮的氧化氨化制备腈（Science Advances，2022）、锰氧化物催化不饱和碳氢资源的氧化氨化制备酰胺和腈（JACS Au，2023）、钴纳米颗粒和钴单原子协同催化有机硫化物制备酰胺和腈（Nat. Commun., 2023）。　　相关研究成果以“Facile Borylation of Alkenes, Alkynes, Imines, Arenes and Heteroarenes with N-Heterocyclic Carbene-Boranes and a Heterogeneous Semiconductor Photocatalyst”为题，于近日发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上，并被选为热点文章（Hot Paper）。该工作的共同第一作者是大连化学物理研究所02T6组博士后谢复开和科研助理毛展。上述工作得到了辽宁省优秀青年基金的资助。

7月20日，仪器信息网(instrument.com.cn)与日本分析仪器工业会(JAIMA) 首次共同主办“中日科学家论坛之材料科学”线上科技论坛，以期为中日科学家们提供交流平台，促进两国科学技术的发展。此次在线科技论坛有幸邀请到国际著名光化学家、光催化研究的开创者、中国工程院外籍院士、诺奖热门人选、荣膺2019年度中国政府友谊奖的日本藤岛昭教授，中国科学院院士、北京大学博雅讲席教授、北京石墨烯研究院院长刘忠范教授，中国科学院大学教授，中国科学院物理研究所孟庆波研究员，北京工业大学闫鹏飞教授，国家纳米科学中心孟幻研究员，将分别围绕光催化材料、新能源、纳米材料等前瞻领域进行探讨。同时也邀请到日本电子株式会社（JEOL Ltd. ）TEM应用部总经理助理大西市朗、岛津企业管理（中国）有限公司SPM产品担当陈强将分别为大家分享科学研究离不开的利器技术：最前沿的球差校正透射电镜技术、原子力显微镜技术。以下为藤岛昭教授报告预告，以飨读者：藤岛昭（Akira Fujishima）教授，东京大学特别荣誉教授、东京理科大学荣誉教授、中国工程院外籍院士。他于1972 年在Nature 上发表了二氧化钛单晶表面在紫外光照射下水的光分解现象，这一被称为“本多-藤岛效应”（Honda-Fujishima Effect）的开创性科研成果及其随后的一系列重要成果，使得藤岛昭教授 被公认为“ 光催化之父” 。报告形式：线上直播，30分钟报告+10分钟在线答疑报告时间：2021年7月20日9:40-10:20（北京时间）报告语言：英文PPT，英文报告，中文字幕报告题目：How to Get Clean Energy: Photocatalysis and Carbon Recycling如何获得清洁能源：光催化与碳循环报告摘要：Photocatalysis has been widely developed and put into practical use in the areas of antifouling and antifogging，research on artificial photosynthesis—the process of extracting hydrogen through photocatalysis—has also been garnering significant attention in recent years as a technology with the potential to contribute to a decarbonized society. Along with the shift to replace fossil fuels with renewable energies such as hydrogen ,another important measure to achieving a decarbonized society is carbon recycling, effectively using CO2 as a resource. In consideration of that viewpoint, I has proposed the following method: first, extract hydrogen through water electrolysis using the electricity produced from highly efficient solarcells. Next, combine the extracted hydrogen with the CO2 emitted from power plants and factories to produce methanol, which can be used as an energy source.报名参加：免费，点击报名扫码报名藤岛昭教授在央视《开讲啦》栏目演讲视频回顾：央视网：《开讲啦》 20191019 中国工程院外籍院士，日本著名光化学家藤岛昭教授：知之不如好之，好之不如乐之藤岛昭简介（主要摘自中国工程院）藤岛昭教授藤岛昭教授，1942年生于日本东京，致力于研究半导体电化学。2009年，藤岛昭教授当选欧洲科学院院士。不久前，他接受一项新的职位，担任东京理科大学校长。1971年获得日本东京大学应用化学专业博士学位。在东京大学，他发现水可以通过光电化学方式，经TiO2电极照射分解为氢气和氧气。他在神奈川大学任教四年，后到东京大学任教，并于1986年取得教授职称；其研究领域也扩展到更大的范围，包括光与无机材料及有机材料的相互关系。他于1990年开始研究基于二氧化钛的光催化自洁涂料。他认识到太阳光中少量的紫外线辐射可以被有效利用，通过充分氧化的以氧为基础的自由基作用，用于自洁与自消毒。藤岛昭教授对光诱导的亲水性的相关现象进行研究，在此种现象中，紫外光会导致TiO2表面具有超亲水性。藤岛昭教授依然对光催化基础研究和应用，以及光诱导亲水性保持浓厚兴趣，同时也热衷于开发新材料，包括带有光功能性质的纳米结构材料。藤岛昭教授已经发表了750多篇原始论文，440篇综述文章，拥有280项专利。主要奖项：朝日新闻朝日奖（1983）、井上春成奖（技术创新）（1998）、日本化学会奖（2000）、Heinz Gerischer奖（电化学学会欧洲分会，2003）、紫绶带勋章（2003）、日本奖（2004）、日本学院奖（2004） ）、国家发明嘉奖（2006年）、神奈川文化奖（2006）、文化功勋人物（2010年）、路易吉伽伐尼奖章（2011年）、汤森路透引文奖（2012年）、文化勋章（2017年）。2003年，藤岛昭教授成为中国工程院外籍院士。2003年，藤岛昭教授从东京大学退休，担任神奈川科学与技术研究院主席一职。2005年，成为东京大学特别大学荣誉教授。2006年至2008年期间，担任日本化学会会长。高被引代表作Surface Science Reports:TiO2 光催化作用及相关的表面现象（TiO2 photocatalysis and related surfacephenomena. Surface Science Reports, 2008, 63, 515-582）光催化领域的历史可以追溯到80多年以前，主要是对二氧化钛基涂料的粉化现象的早期观察以及对与有机化合物在阳光下接触的金属氧化物变黑的研究。在过去的20 年中，由于对空气和水的修复，自清洁表面和自灭菌表面的影响，它已成为一个研究非常深入的领域。在同一时期，研究人员也一直在努力地将光催化用于光辅助生产氢气。在研究最多的光催化剂二氧化钛上光催化的基本方面仍在积极研究中，并且最近已得到相当广泛的了解。但是，某些方面（例如光致润湿现象）仍存在争议，其中一些人认为该效应是一种简单的分解有机污染物的效应，而另一些人则认为存在其他效应，其中固有的表面性质被光修饰。在过去的几年中，一些有效的工具，例如在超高真空下对单晶执行的表面光谱技术和扫描探针技术，以及超快脉冲激光光谱技术都可以解决这些问题，并且新的见解也变得可能。除此之外，量子化学计算也提供了新的见解。最近已经基于二氧化钛开发了新材料，并且对可见光的敏感度得到了提高。作者在这篇综述中提供了一些亮点的概述，在回顾一些起源的同时，并指出一些可能的新方向。

近年来，催化已经成为时下火热的领域。随着人们对自然资源、环境气候的重视，低碳、绿色已经成为发展不可回避的主题，而催化也是这进程中最为关键的核心技术。为推动催化研究交流、化学化工学科建设，天津大学化工学院和岛津企业管理（中国）有限公司于2023年3月25日共同举办“第二届天津大学-岛津高端催化学术论坛”，邀请国内催化相关领域的顶尖专家进行学术交流及学科建设讨论。大会现场天津大学副校长/化工学院院长 马新宾教授致辞天津大学副校长/化工学院院长马新宾教授首先对参会的催化领域专家的到来表示感谢。天津大学和岛津一起举办高端催化论坛，希望通过这种形式，催化领域的专家、学者能进行更多、更充分的交流、沟通。马新宾教授也希望通过这种交流，逐渐扩大“天津大学-岛津高端催化学术论坛”的广度和深度。岛津分析计测事业部营业部副部长马景辉致辞马景辉副部长表示，现代化学工业中有90%的产品是借助催化过程生产实现，生产总值约为工业生产总值的25%。没有催化科学的发展和催化剂的应用，就没有现代化学工艺。天津大学化工学院化学工程与技术一级学科，在领域内享有盛誉。岛津希望借助本次论坛能与行业的专家深入探讨，进一步加深相互沟通和了解；同时也希望凭借自身140年的历史积淀为催化研究提供稳定可靠的分析仪器解决方案。主题报告报告题目：生物质醇高效转化的催化基础报告人：北京化工大学 何静教授何静教授表示，人类已经进入“第四次工业革 命”即绿色工业。生物质能源产业主要有生物柴油和生物乙醇两类，全球生物柴油市场需求已经超过4000万吨/年，生物乙醇超过400万吨/年。在双碳目标导向下，能源行业也将发展重点由石油能源转向生物质能源。何静教授团队主要研究了乙醇化学中乙醇化学键的定点活化与定向转化，构建了金属-酸-碱多中心接力协同体系，大幅提升反应选择性。设计了MgAl-LDO、Ni-Li-LDO、Fe@GCN、Cu2O-SrTiCuO3-x等催化体系。此外何静教授也在甘油化学中甘油伯仲位定点活化与高效定向氧化方面有研究。报告题目：自适应催化位点调控CO2定向转化报告人：天津工业大学 仲崇立教授二氧化碳作为温室气体随着人类生产生活等活动，在近几十年内急剧增加。仲崇立教授团队基于在沸石催化体系长期积累，构建了柔性多金属单原子位点催化剂制备的平台技术，利用EDTA取代MOF材料特定位点，通过EDTA与金属的相互作用，得到了高度分散的多金属单原子催化剂。并以Cu-Ni催化体系为例，利用球差电镜、原位电子自旋共振等方法明确催化剂结构，同时说明了柔性多金属单原子催化剂在二氧化碳转化方面展现了优异的性能。报告题目：离子液体强化CO2电催化过程报告人：中国石油大学 张香平教授二氧化碳电化学还原是极具潜力的领域。离子液体不挥发、稳定、有催化、导电等特殊的性质。张香平教授团队针对离子液体的特性，在其稳定性好的基础上引入碱性官能团和多个活性位点，制备了[Bmim][Triz]等碱性离子液体和[P444][4-MF-PhO]等 芳香脂类的双位点离子液体，并对离子液体在微环境的表现以及在电极秒面的性质进行了考量。张香平教授还利用离子热法制备硫化铟催化剂和利用电沉积法制备改性Pd和Ag催化剂，以及对离子液体中二氧化碳还原过程中产生的纳米气泡的生成原理进行了探究。此外，张香平还在电化学催化的成本方面，对之前做的研究应用前景进行考量与分析。报告题目：碳基硝基加氢催化剂的设计报告人：中南大学 刘又年教授芳香胺是关键基础化学品，广泛应用于染料、医药、农药和光电材料等，对工业生产具有重要支撑作用。非贵金属由于其含量大、成本低、催化性能好，通常为硝基催化加氢的理想催化剂，但相比于贵金属催化剂也在稳定性等方面存在缺点。刘又年教授利用金属中心调节-多金属位点的方法，构建了基于Co和Zi双活性中心的金属催化剂，其性能优于已有报道的纳米粒子中心催化剂，并可以在常温下对硝基苯类化合物催化加氢有较好的选择性和催化效率。此外，在金属中心合金化方面合成了Ni-Cu合金催化剂；在金属中心单原子化方面合成了N、S共配位的Co催化剂。报告题目：烷烃芳构化研究报告人：中科院山西煤炭化学研究所 樊卫斌研究员芳烃制备传统工艺的原料通常来源于石油化工的裂解和石油馏分的重整。樊卫斌研究员通过Ga/ZSM-5分子筛催化剂实现了丙烷芳构化，BTX收率约为60%。跟据核磁共振分析，对这种Ga催化剂的结构和配位状态进行研究，明确了高度分散的Ga是实现反应高活性和高稳定性的关键。樊卫斌研究员团队通过DFT计算和原位表征技术深入分析并明确了丙烷芳构化的反应机理，解决了长期以来在反应机理方面的争议。在费托尾气芳构化方面，樊卫斌构建了两段流化床的新工艺，增加了芳构化效率；在长链烷烃芳构化方面，以beta-分子筛为基础构建了一些列催化体系，增加长链烷烃如庚烷芳构化的效率及收率。报告题目：CO2电化学转化与过程强化报告人：天津大学 张生教授张生教授团队在二氧化碳电化学多层次转化上以绿色化学为基础，构建了从催化剂到电极，到反应器再到工业点解槽的研究模式。在催化剂理性设计上设计了二氧化碳电化学制备甲酸反应途径，合成并表征了CeO2/SnO2催化剂，并在静电纺丝表面构建成异质界面纳米纤维。在电化学过程强化上，张生教授引入刚性四氟乙烯和柔性离聚物分别构建了反应物二氧化碳和质子传输通道，协同强化二者传递过程。此外尝试用其他多种材料增强点解反应过程中电子传输效率。张生教授在报告的最后，介绍了团队在二氧化碳工业化方面取得的进展。报告题目：催化剂评价系统-微型反应器搭档气质联用仪报告人：岛津分析计测事业部市场部GCMS产品专员 王子君催化已经渗入了生活的方方面面。岛津公司开发了一套适用于实验室催化剂快速筛选的系统，可以帮助催化领域的研究者加速对催化剂的研究。微型反应器μ-Reactor是简便的分析系统，可以对气体、液体和固体样品进行分析检测；高性能微型反应炉可以实现高精度温度控制和快速升降温；产物快速分析支持在线MS检测，并且可以在8个温区GC/MS分析。报告题目：单原子催化剂的配位环境和动态演化行为研究报告人：中科院大连化物所 王爱琴研究员催化自提出开始便不断受到化学家的重视。单原子催化剂是一类仅含相互孤立的个体原子作为催化活性中心的负载型催化剂。王爱琴研究员首先介绍了单原子催化剂的发展过程，标准研究规范，并将其概念进行拓展，以及单位点催化剂和单原子催化剂的区别与共通部分。这种催化剂的已经不适用于传统界面化学的定义，其带来的新概念也带来新的思考。介绍了单原子活性中心微配位环境的多样性研究、微配位环境的精细调控的研究、Ru-N-C单原子催化中心微配位环境调控研究、Ru-N-C第二壳层配位环境的研究、Co-N-C单原子催化中心微配位环境调控研究等。在报告的最后，以铜基催化剂为例，介绍了在原位表征技术的辅助下，活性位点在反应条件下由单原子到纳米颗粒再到单原子的结构动态变化。报告题目：冷等离子增强作用下CO2在碳化钼表面的定向活化与转化报告人：大连理工大学 石川教授冷等离子有能打破原有热力学平衡，低温、快速高效，但也有定向性差等特点。石川教授借助冷等离子体构建了冷等离子体-催化耦合CO2加氢催化制取CO体系。在温和条件下，冷等离子体-催化耦合表现出的催化效率是TOF颗粒催化剂的2倍。通过等离子体系的使用，避免了反应过程积碳的问题，提高了反应稳定性，解决了工程长期存在的问题。课题组进一步研究了等离子体-催化协同机制的特点，并用该方法研究了CH4-CO2重整反应的催化研究。报告题目：铁基催化材料的理论设计基础报告人： 中科院山西煤炭化学研究所 温晓东研究员催化科学是借助数据科学与量子力学之间的学科，涉及材料化学、化学工程、分析测试、配位化学、表面科学、物理化学等诸多领域。计算化学作为理论工具已经成为一种“微观层面分析的手段”。以费托合成为多相催化技术研究的典型范例，课题组研究了工业铁基催化剂的活性、选择性和稳定性。基于DFT优化模型为基础，对铁-碳催化剂形成的活性物相进行了辨析和调控研究，并对并针对新一代工业铁基催化材料的预测和开发进行了讨论。此外，温晓东研究员团队在煤炭间接液化制备油品技术方面，发明了260~290费托反应催化剂活性的碳化/氧化动态稳定化技术。报告题目：沸石分子筛上活性位与催化反应机制的固体核磁共振研究报告人：中科院武汉物理与数学研究所 徐君研究员核磁共振在固体核磁、材料科学、表面化学、生物科学等领域有诸多应用。沸石分子筛的物理化学性质特殊，在催化领域中有重要应用前景。徐君对ZSM-5分子筛骨架用借助固体NMR，对其Lewis酸性位活性进行评估。此外也用NMR观测了Zn、Mo、Ga改性后的分子筛金属活性中心，并且定了新的活性位点。徐君研究员也构建了简述协同活性中心的方法，利用NMR、IR等检测手段，跟踪了Mo/ZSM-5分子筛催化剂甲烷无氧芳构化反应、研究了Sn-分子筛Sn活性位点的醛酮交换反应。位进介绍了分子筛不同T位点区分与反应活性。此外，核磁共振也可以用于观测分子筛中相互作用研究，例如：分子筛孔道与酸性影响双分子反应、非共价键相互总用对反应活性影响等。报告题目：同步辐射X射线谱学在能源小分子催化转化中的应用报告人：中国科学技术大学 姜政教授姜政教授介绍了X射线吸收能谱，以及SRXS方法与材料结构关联的信息。目前X射线朴学表征方法学利用原位该分辨XANES、模拟计算、Δ-μXANES和亚秒/秒级时间分辨+大数据分析。在小波变换方面首次通过原位XAF研究了Co2C的形成过程；在高分辨X射线发射谱方面，借助差谱特征判断Co和Mn相关催化剂的结构变化；通过原位发射谱研究Cu基催化剂还原CO2等。同步辐射光源谱学平台已经在北京、上海、合肥等多地完成建设。其中上海光源谱学平台已经有动力学线站、能源材料线站、稀有元素线站等多条分析线。报告题目：数据驱动的工业催化剂设计报告人：天津大学 赵志坚教授催化反应工程从最远处的试错法，再到人为计算，再到如今的人工智能背景下的大数据计算，已经取得了质的飞跃。赵志坚教授介绍了其团队开发的催化剂模型的算法，对合金特征进行模拟，并在此基础上开发了CuZu纳米催化剂。其催化剂与预测理论活性有较高的相似性，为设计新一代高效催化剂提供了理论基础。此外，课题组也借助DFT计算了CuCo热还原CO2反应机理并进行了实际的实验测试。在复杂反应网络方面，利用机械学习和人工智能抽提描述符提出普适性设计准则，完成对催化剂的快速筛选等功能。在耦合多尺度计算方法上，实现跨尺度按耦合模拟。报告题目：超临界流体色谱分离技术在油品分析中的应用报告人：岛津中国创新中心高级专家 郭彦丽超临界流体是指二氧化碳流体在低超临界温度和压力下呈现的一种特殊的状态。其密度与液体接近，有良好的溶剂化能力，同时粘度和扩散能力接近气体，物质交换效率，由于二氧化碳无毒无害因此也更加环保，且其和油脂互溶性好，适合油脂样品分析。岛津SFC可以在原本GC-FID系统基础上进行合并，完成从气相色谱到超临界流体色谱仪的升级。介绍了SFC-GC-FID柴油中芳烃快速定量、汽油中烯烃分析、油脂样品在线净化实现多环芳烃检测的案例。除此超临界色谱还可以与液相色谱联用对食物油中成分进行分析测定。岛津杯学术报告后，进行了第二届“岛津杯”天津大学化工学院优秀博士生论文颁奖活动，通过post展示、现场答疑，参会的专家无记名投票选出了10篇优秀论文，岛津市场部陈志凌高级经理对10位获奖的优秀论文作者进行了颁奖。岛津为墙报获奖人员颁奖同期也举办了学科建设研讨会，天津大学化工学院的领导与部分参会学校化学和化工学院的院长/副院长一起参加了研讨，就学科建设中学科设立、人才引进、管理、考核等等各方方面进行了非常坦诚、充分的交流，与会者均表示收获颇多。高端催化学术研讨会现场参加论坛人员合影本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

近日，大连化物所催化国家重点实验室分子催化与原位表征研究组（503组）李灿院士、范峰滔研究员等在液相原位电化学成像的研究方面取得新进展，实现了电催化过程中电荷转移过程的纳米尺度直观成像，直接观察到金属电极在微纳尺度存在空间差异的界面内电势差，突破了人们在传统电化学方面对电子转移过程的认识。　　电化学反应的内在驱动力是电化学势，而电化学势的决定因素是界面内电位差，即电子转移情况。如何探测界面电势的局域分布，揭示其与电子转移动力学之间的内在关系对于纳米催化剂的反应机理的认识至关重要。一直以来，研究人员就设想通过纳米探针观测反应过程的电子转移情况，但该尺度下的电流极其微弱，常常受到外界噪音干扰。另外，液相中化学物种的扩散过程常常使电化学成像难以稳定。更重要的是，在电催化过程中，催化反应与电子转移过程卷积在一起，使得该电子转移过程难以直接探测。　　本工作中，李灿团队建立了具有纳米级空间分辨率的原子力显微镜和扫描电化学成像联用的表征方法。该方法利用纳米探针的移动扫描测量了能够转移电子的外球电对分子和催化产物分子的局域分布，实现了对电子转移过程和电催化反应过程的原位反应成像。在金属纳米颗粒上的电子转移成像发现，该过程呈现位点依赖的空间异质性，突破了人们对金属电极上电子转移过程的微观认识。同时，通过解耦传质效应对界面电子转移的干扰，数学建模的有限元方法提取速率常数和内电势差测量等一系列精细的实验，揭示了空间差异的界面内电势差与电子转移速率常数对数间的线性关系。该方法在电化学领域对电子转移过程和催化反应实现原位观测，对原位成像技术的发展以及电催化过程机理探测方面提供新思路。　　国际同行认为，该工作是原位扫描电化学探针技术的一个新里程碑，这也使人们可以从物理化学底层原理出发，发现纳米催化剂的结构—性能关系。　　李灿团队长期致力于太阳能光催化、光电催化、电催化以及催化光谱表征的前沿科学研究，取得了系列成果，特别是利用自主研发的空间分辨的表面光电压显微镜对光催化剂表面光生电荷给出了可视化图像，在国际上最早将其应用到微纳尺度光催化材料电荷分离的成像研究（Angew. Chem. Int. Ed., 2015；Nature Energy, 2018；Angew. Chem. Int. Ed., 2020等）中。　　相关研究成果以“Visualizing the Spatial Heterogeneity of Electron Transfer on a Metallic Nanoplate Prism”为题，发表在《纳米快报》（Nano Letters）上。该工作的第一作者是大连化物所503组博士研究生聂伟。该工作得到国家自然科学基金委，“人工光合成”基础科学中心项目、中科院和大连化物所等相关项目的资助。　　文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c03529

Loyola大学研究人员考察麦克仪器的气体吸附仪和催化剂评价装置。 材料表征技术全球领导者麦克仪器（micromeritics），扩展了其用于多相催化剂测试的仪器组合，因此客户现在可以很容易地选择多个高效协同工作的系统来加速催化剂开发。麦克仪器的研究级气体吸附仪ASAP2020和全自动实验室催化剂评价装置Microactivity Effi,为目前流行且强大的组合。ASAP2020用于定量活性催化剂和载体的主要物性，Effi可用于相关条件过程的催化剂评价，来自Universidad Loyola (Seville, Spain)的Dr Manuel Antonio Díaz Pérez是使用这一双仪器解决方案进行高效催化剂研究的最新客户之一。 “当谈到建立我们的新实验室时，我毫不犹豫地直接去麦克仪器公司复制了一套在以前的工作中证明对我有价值的测试设备，” Díaz Pérez博士 表示，“EFFI是非常有效和高度可靠的。硬件稳定，软件直观，如果您需要，更换部件非常容易。我对ASAP 2020的体验主要是为了物理吸附来研究表面积和孔隙率，这是任何多相催化剂都需要的性能表征。展望未来，我希望投资于Micromeritics的更多设备，以进一步增强我们的研究能力。他们提供的一系列设备可得到丰富的相关和有用的数据，可加快催化剂的开发。” Díaz Pérez博士在University of Loyola工程系内建立一个新的实验室，以开发解决特定环境问题的新材料。研究课题包括将生物燃料转化为大宗化学构件的催化剂和二氧化碳的吸附剂。ASAP2020气体吸附仪为物理吸附加化学吸附配置，采用体积法分析催化剂的表面积，孔容和孔径分布，这些参数定义了反应物和产品进出活性催化剂位点的难易程度，帮助研究者在分子级别优化反应环境。Effi催化剂评价装置可用于研究催化剂活性、选择性、产率和典型条件下的失活，可得到动力学数据和合适的催化剂再生条件。 “高质量、可靠的分析设备是一项值得投资的项目，” Díaz Pérez博士表示 “这对实验室的日常运行和生产力有很大影响。麦克仪器的产品非常好用，该公司在具体分析和应用方面提供快速有效的帮助。我相信我们购买的新仪器将对我们正在进行的研究做出重要贡献。” Micromeritics Microactivity Effi 催化剂评价装置 Micromeritics ASAP 2020 Plus 气体吸附仪关于麦克仪器麦克仪器公司是提供材料表征解决方案的全球领先厂商，在密度、比表面积及孔隙度、粒度及粒形、粉体表征、催化剂表征及工艺开发等五个核心领域拥有一流的仪器和应用技术。麦克仪器公司成立于1962年，总部位于美国佐治亚州诺克罗斯，在全球拥有400多名员工。同时具备丰富的科学知识库和一流内部生产制造， 麦克仪器公司产品覆盖了石油加工、石化产品和催化剂、食品和制药等多个行业，以及为下一代材料例如石墨烯、MOF材料、纳米催化剂和沸石等提供最前沿的表征技术。在Particulate Systems旗下，麦克仪器公司发现并商业化独特和创新的材料表征技术，对核心产品线进行补充。商业测试实验室–Particle Testing Authority (PTA)实验室可提供表征分析测试服务。战略收购富瑞曼科技有限公司（Freeman Technology Ltd）和PID公司(PID Eng & Tech)，也反映公司一直致力于在粉体和催化等工业关键领域提供优化、集成的解决方案。仪器咨询：400-860-5168转0677

飞纳电镜近期通过福州大学的验收。福州大学石油化工学院主要研究清洁燃料生产催化剂和工艺研究、多级孔道催化材料的制备以及负载型催化剂纳微结构调变方法和应用。为了保护环境，人们对车用燃料的质量要求越来越高，燃料中芳烃含量的高低不仅直接影响其燃烧性能，而且对大气质量会产生不同程度的影响，因此利用性能优良的催化剂改善燃料质量具有十分重要的意义。 福州大学石油化工学院主要研究催化剂在石油化工中的应用，其中催化剂表面形貌、表面微区成分及分散状态会对催化剂性能及活性产生很大的影响。 配备有能谱的扫描电镜是一种重要的表面分析手段，能够观察催化剂表面形貌和检测催化剂表面微区成分，对催化剂的研发具有十分重要的意义。飞纳台式扫描电镜能谱一体机 ProX 既能观察样品表面形貌，还可以利用能谱对催化剂表面成分和元素分布进行分析。 从催化剂的微观观点上看，催化剂表面形貌和组成对催化行为具有重要的影响，飞纳电镜配置二次电子和背散射电子探头，能够充分发掘样品表面信息。催化剂中活性成分的分散状态与催化剂活性及使用寿命有着密切的关系，采用能谱分析可以对催化剂表面进行元素分析，从而判断活性成分的分布。同时，利用飞纳台式电镜也可以用于分析催化剂活性下降或失活的原因。 扫描电镜下的催化剂晶体颗粒扫描电镜下的球形催化剂颗粒 用户认真学习电镜操作利用飞纳电镜的形貌和成分分析，可以直观地获得催化剂的形态和活性成分分布信息，再结合宏观分析结果，可以大致预测催化剂的活性及性能，筛选掉性能较差的样品，大大节约研究和后期测试时间。

仪器信息网讯 2021年6月3日，荷兰埃因霍芬理工大学Emiel J. M. Hensen教授（通讯作者）领军的团队，与北京低碳清洁能源研究院的蒋复国博士（Fu-Kuo Chiang）在电镜工作方面合作，以题目为“Interface dynamics of Pd–CeO2 single-atom catalysts during CO oxidation”的文章，发表在自然子刊Nature Catalysis上。【工作亮点】1. 利用火焰喷雾热解法（FSP）成功合成具有高活性/比表面积、用于低温CO氧化的Pd/CeO2的单原子催化剂。2. 原位红外光谱、近常压X射线光电子能谱（NAP-XPS）和X射线吸收光谱（XAS），揭示了Pd-CeO2界面上不同的动力学行为。3. 利用EXAFS得到纳米晶体中Pd-Ce的键结行为，并利用球差电镜表征Pd与Ce在实空间中的分布情形。【研究背景】近年来，贵金属在固体载体上的原子分散已成为多相催化研究的热点。在追求最终催化效率的过程中，单原子在反应条件下的稳定性是关键。对于内燃机尾气处理来说，CO的氧化是研究最多的CeO2基催化剂反应之一，常用的方法是通过还原处理Pt/CeO2 单原子催化获得非常小的Pt团簇可以导致低温CO氧化的高活性体系。对于汽油动力车辆排气净化系统的实际应用，钯和铂同样具有吸引力，关键成分的选择通常由金属价格差异决定。然而，当铂和钯作为单原子分散时，其本质不同，钯不需要还原活化。这着实简化了反应的机制并降低了成本。【成果摘要】本工作报道了一种利用火焰喷雾热解（FSP）技术一步合成高比表面积Pd/CeO2纳晶单原子催化剂（SACs）的简单方法，比传统浸渍法制备的单原子Pd-CeO2 纳米棒系统具有更低的催化温度、更高的CO氧化活性、以及高出数倍的比表面积。文中比较了这两种用于低温CO氧化的Pd/CeO2催化剂，分别通过常规浸渍法和简易的一步火焰喷雾热解法（FSP）合成。这两种合成路线能使制备态Pd以原子级分散。然而，浸渍催化剂中的氧化SAs在高温下容易发生还原和烧结，而在FSP衍生的Pd掺杂CeO2的纳晶表面则保持完整。详细的表面表征（包括近大气压力和共振光电子能谱）表明，在反应条件下，从CeO2溢出的氧原子抑制了Pd的还原，对氧化单原子的稳定起着关键作用。对金属-载体相互作用现象的理解和控制对于稳定单原子催化剂的合理设计至关重要。表征工作显示，原位红外光谱、近常压X射线光电子能谱（NAP-XPS）和X射线吸收光谱（XAS）揭示了单原子的动力学性质截然不同。结构方面，同步辐射EXFAS谱显示Pd-Ce之间的键结关系，说明了Pd在CeO2内部及表面的配位关系。大量的球差电镜暗场相（STEM-HAADF）更在实空间下还原了催化剂中Pd的真实分布情形；另一方面，能谱仪（STEM-EDS）也反映了Pd元素在FSP纳晶及棒状SACs催化剂中Pd的分布，直指两种方法制备的催化剂性能有明显不同的原因，并得到影像上的直接证据。图1 棒状和FSP Pd/CeO2 SACs的STEM暗场像及STEM-EDS表征图S1 STEM-EDS显示在棒状Pd/CeO表面有Pd-O团簇图S2 STEM暗场像分析表明FSP Pd/CeO2 SACs 中Pd的单原子分布情形图2 CO氧化的动力学分析图3 反应引起Pd位点的结构性变化。a. K3-weighted FT-EXAFS (Pd K edge)，b. 原位近常压XPS。c. 原位DRIFTS谱图图4 原位XPS表征Pd的吸收谱能量变化图5 原位光谱侦测Pd-CeO2界面的还原。a, b. 原位XPS及RPES。c. Pd和Ce的氧化态机理。d. 原位XAS/WAXS图6 图示原位光谱结果揭示CO氧化过程中SACs的演变另外，在反应条件下，以浸渍法合成纳米棒上的Pd易发生还原和快速聚集。相反的，FSP衍生的催化剂保留了Pd2+的稳定性质。局部结构和CeO2表面晶格氧迁移率的不同程度，合理化了两种Pd-SACs的不同稳定性。原位共振光电子能谱（RPES）提供了Ce晶格氧与CO在低至50℃下反应的光谱证据。【结论】 借助于先进的光谱学及电镜工具，该成果证明了CeO2纳米棒上的Pd和FSP衍生的Pd掺杂CeO2的氧迁移率在体相和表面上有很大的不同。该团队先前的DFT研究预测，在掺杂的方形平面Pd-O4结构基序附近，氧空位形成的势垒显著降低。相反的，载体的表面还原性是锚定以离子形式存在的贵金属单原子（Pd）催化剂稳定的关键。我们推测，在反应过程中，从载体上溢出的氧达到了Pd原子因而抑制了它们的还原，这对于保留Pd氧化物的孤立性至关重要。该团队早期的DFT研究表明，还原的Pd吸附原子易于在CeO2表面扩散，并形成在低温CO氧化中不起作用的金属团簇。FSP法合成的纳米CeO2掺杂Pd后，在Pd-CeO2界面上容易发生氧输运，可以解释氧化Pd单原子在CeO2表面的独特稳定性。这些结果表明，FSP是一种具有较高金属负载量的致密单原子催化剂的合成策略，优于传统制备方法制备汽车尾气中和剂，具有更高的活性以及转化效率。本次成果中应用的STEM球差校正透射电镜JEM-ARM200F（北京低碳清洁能源研究院实验室供图）【合著单位简介】埃因霍芬理工大学埃因霍芬理工大学（Eindhoven University of Technology，TU Eindhoven；荷兰语为Technische Universiteit Eindhoven；缩写为TU/e），创建于1956年，位于荷兰王国埃因霍芬。TU/e作为欧洲卓越理工大学联盟战略成员，其高质量的教学与科研在国际上享有很高的知名度，是欧洲顶尖理工大学。在2021QS世界大学排名中，埃因霍温理工大学位居第120位 。北京低碳清洁能源研究院北京低碳清洁能源研究院（下称“低碳研究院”）成立于2009年12月，隶属于国家能源集团公司。低碳研究院紧紧围绕国家能源集团建设具有全球竞争力的世界一流能源集团的战略目标，致力于低碳清洁能源技术开发，既通过技术创新支持国家能源集团的核心业务，也依靠研发驱动寻求新的企业增长点，同时开发世界一流技术，力求具有国际影响力和竞争力。低碳研究院目前设有北京、美国、德国3个全球研发基地，近600名青年博士、硕士及其他各方面优秀人才，其中国外员工占30%以上。研究领域主要聚焦于煤的清洁转化利用、煤基功能材料、氢能及利用、水处理、分布式能源、催化技术、先进技术等领域，并全面开展了相关领域的技术研发和创新。【蒋复国博士线上公益讲座预告】6月24日，蒋复国博士将在仪器信息网主办的“第七届电子显微学网络会议(iCEM 2021)”上分享报告，欢迎报名聆听。报告题目：工业催化剂中助剂的结构与分布报告摘要：报告将介绍利用球差电镜及高分辨能谱仪，结合原位XPS、XRD、同步辐射等手段，探究工业催化剂的结构及反应助剂，包括Pd/CeO2、Cu/ZnO、以及Pt/ZSM-5。反应助剂会以表面单原子/纳米颗粒、表面碳化物纳米颗粒、以及结构性键结等形态存在催化剂中，因而不同程度的提高活性；另外，结构助剂能有效阻隔催化剂颗粒在还原过程中的长大，抑制在15纳米以下。报名链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/icem2021/

近日，中国科大环境科学与工程系在电催化界面动态过程的原位成像分析方面取得进展，研究成果以“Plasmonic imaging of the layer-dependent electrocatalytic activity of two-dimensional catalysts”为题发表于Nature Communications上(Nature Communications 2022,13: 7869)。 　　污染物的电催化转化是水污染控制技术的重要方法。纳米催化剂的表界面是电催化反应发生的场所，因此在微观上理解电催化反应过程，建立纳米催化剂结构与催化转化性能的构效关系是提高催化剂活性的关键。传统电催化研究通过电极电流密度和催化产物，评估催化剂性能，难以在微纳尺寸上原位实时分析单个催化剂的活性分布或反应动态过程。 图1.单个二硫化钼纳米片的充电和催化过程成像分析示意图 　　针对上述问题，刘贤伟教授课题组博士生赵小娜和周晓丽博士通过表面化学调控，充分发挥了表面等离子体成像技术对电极表面电荷密度高度敏感的特性，原位成像分析了层状二维电催化材料的充电电荷密度分布和电催化界面电荷交换过程。该方法消除了电极表面充放电流的干扰，分别定量了催化剂表面的充电和氧化还原电流分布，结合课题组前期发展的表面等离子激元原位蚀刻技术(Chem, 2021, 7: 1626-1638)，发现了二硫化钼催化性能和层数之间的依赖性，建立了催化剂导电性和电催化性能之间的关系。该研究对于设计新型高效污染控制电催化纳米材料具有重要的意义。 图2.单个二硫化钼纳米片随层数变化的电催化过程 　　该项工作得到了国家自然科学基金的资助，也获得了环境科学与工程系陈洁洁教授课题组在量化计算方面的支持。

南方科技大学杨烽团队与郑智平讲席教授/张新瑜团队展开合作，利用环境球差透射电子显微镜（ETEM）耦合原位谱学的方法，在高温反应环境中，从原子层次上揭示了过渡金属单原子和多孔碳载体的起源和动态演化过程，阐明了液态金属作为重要中间物种，在形成单原子催化剂和刻蚀多孔碳结构中起到的关键作用。从原子尺度研究催化剂在反应环境中的表/界面结构及其动态演变对合理设计催化剂和揭示反应机理具有重要意义。在金属催化剂合成过程中原位揭示金属物种的演化过程、认识金属在载体表面的行为是催化剂结构精确控制的关键。高温热解是一种常用来制备金属单原子催化剂的方法。然而，在高温(500-1000 ℃)以及含碳环境中，相比于贵金属（Pt、Rh、Ag等），非贵金属过渡金属（Fe、Co、Ni）纳米颗粒表现出更加复杂的动态行为，如：熔融、碳扩散、团聚、结构演化等，从而对理解和揭示这一类单原子催化剂制备过程中的结构控制机理带来挑战。另一方面，在高温(500-1000 ℃)过程中原子层次的原位表征也存在较大困难。原位环境球差透射电子显微镜（ETEM）可以从原子尺度研究工况条件下催化剂的结构和演化等过程，尤其是适合于组成、结构不均一体系的局域表征；耦合原位电子能量损失谱（EELS），还可以提供物种价态变化等信息；此外，具有原子分辨的原位球差暗场电镜也非常适合于热场环境中金属单原子的研究。作者利用原位ETEM，在200-1000℃追踪了金属有机框架化合物前驱体（Co/Zn-ZIF）热解产生Co单原子的过程。研究发现热解过程中Co金属物种表现为团聚、分散、再团聚、升华的动态过程（图1）。耦合原位EELS监测了该过程中元素的化学演变（图2），发现升温至500℃时金属Zn已经升华消失；框架中的C逐渐转化为石墨化碳；在700 ℃，碳载体中原子级均匀分散的Co与C相互作用，形成类似Co 2 C的配位结构。而这种Co-C相互作用相对较弱，在更高温度850℃重新团聚成金属Co纳米颗粒（图3）。ETEM研究表明在850℃金属Co纳米颗粒熔化，并在载体中流动、扩散，刻蚀出多孔/缺陷碳结构，同时与碳载体发生反应生成碳化物（CoC x ）（如下式）；Co (l) + C (ZIF) → CoC x + C 1−x (defect∕porous structure)在这一液态金属扩散过程中，伴随着金属Co原子被刻蚀后的C-N缺陷位点锚定，形成单原子结构（图3）。原位HAADF-STEM和非原位XAFS表征进一步证实了上述过程，研究发现单原子Co在多孔CN x 载体上具有良好的稳定性，而剩余的CoC x 颗粒在高温1000 ℃逐渐升华（图4）。这类单原子Co催化剂在乙基苯选择性氧化模型反应中展示出优异的催化性能和稳定循环性。该工作近期在线发表在 Advanced Science ，并被选入Hot Topic: Carbon, Graphite, and Graphene。论文第一作者是南方科技大学研究助理张璐瑶，共同第一作者是博士研究生李岩岩、博士后张蕾；通讯作者是南方科技大学的郑智平讲席教授、杨烽助理教授、张新瑜研究助理教授。原位电镜数据在南方科技大学皮米中心收集，XAFS数据在北京同步辐射光源收集。该工作得到了国家自然科学基金、北京分子科学国家研究中心、科技部重点研发计划、广东省和深圳市项目的资助。图1. 原位ETEM表征Co/Zn-ZIF在200-1000 ℃的热解过程和金属物种行为。图2. 室温-1000 ℃原位EELS表征前驱体热解形成金属单原子过程中的化学变化图3. 原位ETEM表征熔融Co纳米颗粒扩散和刻蚀碳载体形成多孔结构，单原子锚定示意图图4. 1000 ℃原位HAADF-STEM表征金属团簇升华与单原子的稳定性。WILEY论文信息：Direct Visualization of the Evolution of a Single-Atomic Cobalt Catalyst from Melting Nanoparticles with Carbon DissolutionLuyao Zhang#, Yanyan Li#, Lei Zhang#, Kun Wang, Yingbo Li, Lei Wang, Xinyu Zhang*, Feng Yang*, Zhiping Zheng*Advanced Science

5月23日，“中科院大连化物所-岛津第一届能源催化青年专家论坛”在大连化物所能源基础楼揭开帷幕。本次论坛是双方在能源催化研究领域携手举办的首届全国性论坛，旨在为能源催化研究的专家们搭建一个良好的沟通交流平台，助力能源催化研究的持续发展。数十位能源催化领域的杰出青年专家从全国各地齐聚本次论坛。论坛由岛津公司分析测试仪器市场部李言主持 合作实验室揭幕仪式结束后，论坛正式进入报告环节。大连化物所邓德会研究员率先发表了题为《二维材料表界面调控与能源小分子转化》的报告，他在报告中披露了其研究团队开展的以石墨烯为代表的2D材料在催化领域应用研究的设计思路以及研究过程与成果。随后，北京大学谢景林教授做了题为《光电子能谱在材料研究中的应用》的报告，他的报告内容涉及XPS原理与技术介绍、材料表面分析与XPS、XPS应用简介、XPS(准)原位分析以及光电子能谱技术的完善和发展。大连化物所邓德会研究员做报告北京大学谢景林教授做报告 大连化物所章福祥研究员做了题为《宽光谱捕光催化剂全分解水制氢》的报告，他在报告中讲述了其研究团队从合成新型材料、使用助催化剂、促进电荷分离这三方面入手，应对捕光催化剂全分解水制氢研究的挑战所获得的成果。接着，大连化物所刘健研究员做了题为《纳米反应器的构筑：从纳米催化到体外诊断》的报告，他在报告中介绍其研究的背景、纳米反应器的构筑、纳米反应器在纳米催化中的应用、纳米反应器在体外诊断中的应用等内容，并展望了此研究的未来发展。随后，岛津公司分析测试仪器市场部技术专家李言做了题为《岛津系统气相在能源催化分析领域的应用》的报告，他在报告中介绍了岛津光解水、光催化CO2还原产物分析的成熟成套解决方案，以及CO2电催化等近年来的研究热点对应的成熟分析方案，并以多个科研领域创新方案为实例，讲解了其创新性和在化工项目的应用潜力。大连化物所章福祥研究员做报告大连化物所刘健研究员做报告岛津公司分析测试仪器市场部技术专家李言做报告 在论坛的后半部分，沈阳金属所刘洪阳副研究员做了题为《纳米碳基材料在烷烃活化中的应用》的报告；大连化物所侯广进研究员做了题为《固体NMR技术的发展及其在材料结构和动力学研究中的应用》的报告；嘉兴学院“南湖学者”特聘教授王慧研究员做了题为《CoMo催化剂生物油加氢脱氧失活机理剖析》的报告；大连理工大学精细化工国家重点实验室张培立副教授做了题为《以水为氢氧源的电催化有机物同步氧化与氢化反应》的报告；吉林大学邹晓新教授做了题为《水裂解催化材料的结构化学》的报告。沈阳金属所刘洪阳副研究员做报告大连化物所侯广进研究员做报告嘉兴学院“南湖学者”特聘教授王慧研究员做报告大连理工大学精细化工国家重点实验室张培立副教授做报告吉林大学邹晓新教授做报告 本次论坛是岛津公司在能源催化研究领域举办的首届全国性论坛，期待未来连续举办下去，并不断地提高会议的深度和广度，能够为能源催化研究的专家们搭建一个很好的沟通交流的平台，助力能源催化研究水平的快速提升。